FROMLIST: v4l: add porter duff blend controls
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65
66 #include <asm/sections.h>
67 #include <asm/tlbflush.h>
68 #include <asm/div64.h>
69 #include "internal.h"
70
71 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
72 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
73 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
74
75 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
76 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
77 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
78 #endif
79
80 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
81 /*
82  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
83  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
84  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
85  * defined in <linux/topology.h>.
86  */
87 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
88 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
89 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
90 #endif
91
92 /*
93  * Array of node states.
94  */
95 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
96         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
97         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
98 #ifndef CONFIG_NUMA
99         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
101         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif
103 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
104         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
105 #endif
106         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif  /* NUMA */
108 };
109 EXPORT_SYMBOL(node_states);
110
111 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
112 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
113
114 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
117
118 int percpu_pagelist_fraction;
119 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
120
121 /*
122  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
123  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
124  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
125  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
126  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
127  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
128  */
129 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
130 {
131         return page->index;
132 }
133
134 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
135 {
136         page->index = migratetype;
137 }
138
139 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
140 /*
141  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
142  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
143  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
144  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
145  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
146  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
147  */
148
149 static gfp_t saved_gfp_mask;
150
151 void pm_restore_gfp_mask(void)
152 {
153         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
154         if (saved_gfp_mask) {
155                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
156                 saved_gfp_mask = 0;
157         }
158 }
159
160 void pm_restrict_gfp_mask(void)
161 {
162         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
163         WARN_ON(saved_gfp_mask);
164         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
165         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
166 }
167
168 bool pm_suspended_storage(void)
169 {
170         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
171                 return false;
172         return true;
173 }
174 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
175
176 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
177 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
178 #endif
179
180 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
181
182 /*
183  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
184  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
185  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
186  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
187  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
188  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
189  *
190  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
191  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
192  */
193 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
194 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
195          256,
196 #endif
197 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
198          256,
199 #endif
200 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
201          32,
202 #endif
203          32,
204 };
205
206 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
207
208 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
209 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
210          "DMA",
211 #endif
212 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
213          "DMA32",
214 #endif
215          "Normal",
216 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
217          "HighMem",
218 #endif
219          "Movable",
220 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
221          "Device",
222 #endif
223 };
224
225 static void free_compound_page(struct page *page);
226 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
227         NULL,
228         free_compound_page,
229 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
230         free_huge_page,
231 #endif
232 };
233
234 /*
235  * Try to keep at least this much lowmem free.  Do not allow normal
236  * allocations below this point, only high priority ones. Automatically
237  * tuned according to the amount of memory in the system.
238  */
239 int min_free_kbytes = 1024;
240 int user_min_free_kbytes = -1;
241
242 /*
243  * Extra memory for the system to try freeing. Used to temporarily
244  * free memory, to make space for new workloads. Anyone can allocate
245  * down to the min watermarks controlled by min_free_kbytes above.
246  */
247 int extra_free_kbytes = 0;
248
249 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
250 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
251 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
252
253 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
254 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
255 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
256 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
257 static unsigned long __initdata required_movablecore;
258 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
259
260 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
261 int movable_zone;
262 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
263 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
264
265 #if MAX_NUMNODES > 1
266 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
267 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
268 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
269 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
270 #endif
271
272 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
273
274 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
275 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
276 {
277         unsigned long max_initialise;
278         unsigned long reserved_lowmem;
279
280         /*
281          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
282          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
283          */
284         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
285                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
286
287         /*
288          * Compensate the all the memblock reservations (e.g. crash kernel)
289          * from the initial estimation to make sure we will initialize enough
290          * memory to boot.
291          */
292         reserved_lowmem = memblock_reserved_memory_within(pgdat->node_start_pfn,
293                         pgdat->node_start_pfn + max_initialise);
294         max_initialise += reserved_lowmem;
295
296         pgdat->static_init_size = min(max_initialise, pgdat->node_spanned_pages);
297         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
298 }
299
300 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
301 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
302 {
303         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
304
305         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
306                 return true;
307
308         return false;
309 }
310
311 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
312 {
313         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
314                 return true;
315
316         return false;
317 }
318
319 /*
320  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
321  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
322  */
323 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
324                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
325                                 unsigned long *nr_initialised)
326 {
327         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
328         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
329                 return true;
330         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
331         (*nr_initialised)++;
332         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_size) &&
333             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
334                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
335                 return false;
336         }
337
338         return true;
339 }
340 #else
341 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
342 {
343 }
344
345 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
346 {
347         return false;
348 }
349
350 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
351 {
352         return false;
353 }
354
355 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
356                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
357                                 unsigned long *nr_initialised)
358 {
359         return true;
360 }
361 #endif
362
363
364 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
365 {
366         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
367                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
368                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
369
370         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
371                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
372 }
373
374 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
375 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
376 {
377         int ret = 0;
378         unsigned seq;
379         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
380         unsigned long sp, start_pfn;
381
382         do {
383                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
384                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
385                 sp = zone->spanned_pages;
386                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
387                         ret = 1;
388         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
389
390         if (ret)
391                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
392                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
393                         start_pfn, start_pfn + sp);
394
395         return ret;
396 }
397
398 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
399 {
400         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
401                 return 0;
402         if (zone != page_zone(page))
403                 return 0;
404
405         return 1;
406 }
407 /*
408  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
409  */
410 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
411 {
412         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
413                 return 1;
414         if (!page_is_consistent(zone, page))
415                 return 1;
416
417         return 0;
418 }
419 #else
420 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
421 {
422         return 0;
423 }
424 #endif
425
426 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
427                 unsigned long bad_flags)
428 {
429         static unsigned long resume;
430         static unsigned long nr_shown;
431         static unsigned long nr_unshown;
432
433         /* Don't complain about poisoned pages */
434         if (PageHWPoison(page)) {
435                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
436                 return;
437         }
438
439         /*
440          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
441          * or allow a steady drip of one report per second.
442          */
443         if (nr_shown == 60) {
444                 if (time_before(jiffies, resume)) {
445                         nr_unshown++;
446                         goto out;
447                 }
448                 if (nr_unshown) {
449                         printk(KERN_ALERT
450                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
451                                 nr_unshown);
452                         nr_unshown = 0;
453                 }
454                 nr_shown = 0;
455         }
456         if (nr_shown++ == 0)
457                 resume = jiffies + 60 * HZ;
458
459         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
460                 current->comm, page_to_pfn(page));
461         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
462
463         print_modules();
464         dump_stack();
465 out:
466         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
467         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
468         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
469 }
470
471 /*
472  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
473  *
474  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
475  *
476  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
477  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
478  *
479  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
480  * page destructors. See compound_page_dtors.
481  *
482  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
483  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
484  */
485
486 static void free_compound_page(struct page *page)
487 {
488         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
489 }
490
491 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
492 {
493         int i;
494         int nr_pages = 1 << order;
495
496         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
497         set_compound_order(page, order);
498         __SetPageHead(page);
499         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
500                 struct page *p = page + i;
501                 set_page_count(p, 0);
502                 set_compound_head(p, page);
503         }
504 }
505
506 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
507 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
508 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
509 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
510
511 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
512 {
513         if (!buf)
514                 return -EINVAL;
515
516         if (strcmp(buf, "on") == 0)
517                 _debug_pagealloc_enabled = true;
518
519         return 0;
520 }
521 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
522
523 static bool need_debug_guardpage(void)
524 {
525         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
526         if (!debug_pagealloc_enabled())
527                 return false;
528
529         return true;
530 }
531
532 static void init_debug_guardpage(void)
533 {
534         if (!debug_pagealloc_enabled())
535                 return;
536
537         _debug_guardpage_enabled = true;
538 }
539
540 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
541         .need = need_debug_guardpage,
542         .init = init_debug_guardpage,
543 };
544
545 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
546 {
547         unsigned long res;
548
549         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
550                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
551                 return 0;
552         }
553         _debug_guardpage_minorder = res;
554         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
555         return 0;
556 }
557 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
558
559 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
560                                 unsigned int order, int migratetype)
561 {
562         struct page_ext *page_ext;
563
564         if (!debug_guardpage_enabled())
565                 return;
566
567         page_ext = lookup_page_ext(page);
568         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
569
570         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
571         set_page_private(page, order);
572         /* Guard pages are not available for any usage */
573         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
574 }
575
576 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
577                                 unsigned int order, int migratetype)
578 {
579         struct page_ext *page_ext;
580
581         if (!debug_guardpage_enabled())
582                 return;
583
584         page_ext = lookup_page_ext(page);
585         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
586
587         set_page_private(page, 0);
588         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
589                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
590 }
591 #else
592 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
593 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
594                                 unsigned int order, int migratetype) {}
595 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
596                                 unsigned int order, int migratetype) {}
597 #endif
598
599 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
600 {
601         set_page_private(page, order);
602         __SetPageBuddy(page);
603 }
604
605 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
606 {
607         __ClearPageBuddy(page);
608         set_page_private(page, 0);
609 }
610
611 /*
612  * This function checks whether a page is free && is the buddy
613  * we can do coalesce a page and its buddy if
614  * (a) the buddy is not in a hole &&
615  * (b) the buddy is in the buddy system &&
616  * (c) a page and its buddy have the same order &&
617  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
618  *
619  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
620  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
621  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
622  * serialized by zone->lock.
623  *
624  * For recording page's order, we use page_private(page).
625  */
626 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
627                                                         unsigned int order)
628 {
629         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
630                 return 0;
631
632         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
633                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
634                         return 0;
635
636                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
637
638                 return 1;
639         }
640
641         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
642                 /*
643                  * zone check is done late to avoid uselessly
644                  * calculating zone/node ids for pages that could
645                  * never merge.
646                  */
647                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
648                         return 0;
649
650                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
651
652                 return 1;
653         }
654         return 0;
655 }
656
657 /*
658  * Freeing function for a buddy system allocator.
659  *
660  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
661  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
662  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
663  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
664  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
665  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
666  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
667  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
668  * parts of the VM system.
669  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
670  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
671  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
672  * field.
673  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
674  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
675  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
676  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
677  * triggers coalescing into a block of larger size.
678  *
679  * -- nyc
680  */
681
682 static inline void __free_one_page(struct page *page,
683                 unsigned long pfn,
684                 struct zone *zone, unsigned int order,
685                 int migratetype)
686 {
687         unsigned long page_idx;
688         unsigned long combined_idx;
689         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
690         struct page *buddy;
691         unsigned int max_order;
692
693         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
694
695         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
696         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
697
698         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
699         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
700                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
701
702         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
703
704         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
705         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
706
707 continue_merging:
708         while (order < max_order - 1) {
709                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
710                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
711                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
712                         goto done_merging;
713                 /*
714                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
715                  * merge with it and move up one order.
716                  */
717                 if (page_is_guard(buddy)) {
718                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
719                 } else {
720                         list_del(&buddy->lru);
721                         zone->free_area[order].nr_free--;
722                         rmv_page_order(buddy);
723                 }
724                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
725                 page = page + (combined_idx - page_idx);
726                 page_idx = combined_idx;
727                 order++;
728         }
729         if (max_order < MAX_ORDER) {
730                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
731                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
732                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
733                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
734                  *
735                  * We don't want to hit this code for the more frequent
736                  * low-order merging.
737                  */
738                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
739                         int buddy_mt;
740
741                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
742                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
743                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
744
745                         if (migratetype != buddy_mt
746                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
747                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
748                                 goto done_merging;
749                 }
750                 max_order++;
751                 goto continue_merging;
752         }
753
754 done_merging:
755         set_page_order(page, order);
756
757         /*
758          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
759          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
760          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
761          * that is happening, add the free page to the tail of the list
762          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
763          * as a higher order page
764          */
765         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
766                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
767                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
768                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
769                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
770                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
771                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
772                         list_add_tail(&page->lru,
773                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
774                         goto out;
775                 }
776         }
777
778         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
779 out:
780         zone->free_area[order].nr_free++;
781 }
782
783 static inline int free_pages_check(struct page *page)
784 {
785         const char *bad_reason = NULL;
786         unsigned long bad_flags = 0;
787
788         if (unlikely(page_mapcount(page)))
789                 bad_reason = "nonzero mapcount";
790         if (unlikely(page->mapping != NULL))
791                 bad_reason = "non-NULL mapping";
792         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
793                 bad_reason = "nonzero _count";
794         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
795                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
796                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
797         }
798 #ifdef CONFIG_MEMCG
799         if (unlikely(page->mem_cgroup))
800                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
801 #endif
802         if (unlikely(bad_reason)) {
803                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
804                 return 1;
805         }
806         page_cpupid_reset_last(page);
807         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
808                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
809         return 0;
810 }
811
812 /*
813  * Frees a number of pages from the PCP lists
814  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
815  * count is the number of pages to free.
816  *
817  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
818  * see if this freeing clears that state.
819  *
820  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
821  * pinned" detection logic.
822  */
823 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
824                                         struct per_cpu_pages *pcp)
825 {
826         int migratetype = 0;
827         int batch_free = 0;
828         int to_free = count;
829         unsigned long nr_scanned;
830
831         spin_lock(&zone->lock);
832         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
833         if (nr_scanned)
834                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
835
836         while (to_free) {
837                 struct page *page;
838                 struct list_head *list;
839
840                 /*
841                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
842                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
843                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
844                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
845                  * lists
846                  */
847                 do {
848                         batch_free++;
849                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
850                                 migratetype = 0;
851                         list = &pcp->lists[migratetype];
852                 } while (list_empty(list));
853
854                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
855                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
856                         batch_free = to_free;
857
858                 do {
859                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
860
861                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
862                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
863                         list_del(&page->lru);
864
865                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
866                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
867                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
868                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
869                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
870                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
871
872                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
873                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
874                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
875         }
876         spin_unlock(&zone->lock);
877 }
878
879 static void free_one_page(struct zone *zone,
880                                 struct page *page, unsigned long pfn,
881                                 unsigned int order,
882                                 int migratetype)
883 {
884         unsigned long nr_scanned;
885         spin_lock(&zone->lock);
886         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
887         if (nr_scanned)
888                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
889
890         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
891                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
892                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
893         }
894         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
895         spin_unlock(&zone->lock);
896 }
897
898 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
899 {
900         int ret = 1;
901
902         /*
903          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
904          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
905          */
906         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
907
908         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
909                 ret = 0;
910                 goto out;
911         }
912         if (unlikely(!PageTail(page))) {
913                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
914                 goto out;
915         }
916         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
917                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
918                 goto out;
919         }
920         ret = 0;
921 out:
922         clear_compound_head(page);
923         return ret;
924 }
925
926 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
927                                 unsigned long zone, int nid)
928 {
929         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
930         init_page_count(page);
931         page_mapcount_reset(page);
932         page_cpupid_reset_last(page);
933
934         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
935 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
936         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
937         if (!is_highmem_idx(zone))
938                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
939 #endif
940 }
941
942 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
943                                         int nid)
944 {
945         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
946 }
947
948 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
949 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
950 {
951         pg_data_t *pgdat;
952         int nid, zid;
953
954         if (!early_page_uninitialised(pfn))
955                 return;
956
957         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
958         pgdat = NODE_DATA(nid);
959
960         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
961                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
962
963                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
964                         break;
965         }
966         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
967 }
968 #else
969 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
970 {
971 }
972 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
973
974 /*
975  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
976  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
977  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
978  * sent to the buddy page allocator.
979  */
980 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
981 {
982         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
983         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
984
985         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
986                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
987                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
988
989                         init_reserved_page(start_pfn);
990
991                         /* Avoid false-positive PageTail() */
992                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
993
994                         SetPageReserved(page);
995                 }
996         }
997 }
998
999 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1000 {
1001         bool compound = PageCompound(page);
1002         int i, bad = 0;
1003
1004         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1005         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1006
1007         trace_mm_page_free(page, order);
1008         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1009         kasan_free_pages(page, order);
1010
1011         if (PageAnon(page))
1012                 page->mapping = NULL;
1013         bad += free_pages_check(page);
1014         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1015                 if (compound)
1016                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1017                 bad += free_pages_check(page + i);
1018         }
1019         if (bad)
1020                 return false;
1021
1022         reset_page_owner(page, order);
1023
1024         if (!PageHighMem(page)) {
1025                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1026                                            PAGE_SIZE << order);
1027                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1028                                            PAGE_SIZE << order);
1029         }
1030         arch_free_page(page, order);
1031         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1032
1033         return true;
1034 }
1035
1036 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1037 {
1038         unsigned long flags;
1039         int migratetype;
1040         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1041
1042         if (!free_pages_prepare(page, order))
1043                 return;
1044
1045         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1046         local_irq_save(flags);
1047         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1048         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1049         local_irq_restore(flags);
1050 }
1051
1052 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1053                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1054 {
1055         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1056         struct page *p = page;
1057         unsigned int loop;
1058
1059         prefetchw(p);
1060         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1061                 prefetchw(p + 1);
1062                 __ClearPageReserved(p);
1063                 set_page_count(p, 0);
1064         }
1065         __ClearPageReserved(p);
1066         set_page_count(p, 0);
1067
1068         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1069         set_page_refcounted(page);
1070         __free_pages(page, order);
1071 }
1072
1073 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1074         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1075
1076 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1077
1078 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1079 {
1080         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1081         int nid;
1082
1083         spin_lock(&early_pfn_lock);
1084         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1085         if (nid < 0)
1086                 nid = first_online_node;
1087         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1088
1089         return nid;
1090 }
1091 #endif
1092
1093 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1094 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1095                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1096 {
1097         int nid;
1098
1099         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1100         if (nid >= 0 && nid != node)
1101                 return false;
1102         return true;
1103 }
1104
1105 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1106 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1107 {
1108         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1109 }
1110
1111 #else
1112
1113 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1114 {
1115         return true;
1116 }
1117 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1118                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1119 {
1120         return true;
1121 }
1122 #endif
1123
1124
1125 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1126                                                         unsigned int order)
1127 {
1128         if (early_page_uninitialised(pfn))
1129                 return;
1130         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1131 }
1132
1133 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1134 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1135                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1136 {
1137         int i;
1138
1139         if (!page)
1140                 return;
1141
1142         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1143         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1144             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1145                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1146                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1147                 return;
1148         }
1149
1150         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1151                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1152 }
1153
1154 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1155 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1156 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1157
1158 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1159 {
1160         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1161                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1162 }
1163
1164 /* Initialise remaining memory on a node */
1165 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1166 {
1167         pg_data_t *pgdat = data;
1168         int nid = pgdat->node_id;
1169         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1170         unsigned long start = jiffies;
1171         unsigned long nr_pages = 0;
1172         unsigned long walk_start, walk_end;
1173         int i, zid;
1174         struct zone *zone;
1175         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1176         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1177
1178         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1179                 pgdat_init_report_one_done();
1180                 return 0;
1181         }
1182
1183         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1184         if (!cpumask_empty(cpumask))
1185                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1186
1187         /* Sanity check boundaries */
1188         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1189         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1190         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1191
1192         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1193         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1194                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1195                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1196                         break;
1197         }
1198
1199         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1200                 unsigned long pfn, end_pfn;
1201                 struct page *page = NULL;
1202                 struct page *free_base_page = NULL;
1203                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1204                 int nr_to_free = 0;
1205
1206                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1207                 pfn = first_init_pfn;
1208                 if (pfn < walk_start)
1209                         pfn = walk_start;
1210                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1211                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1212
1213                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1214                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1215                                 goto free_range;
1216
1217                         /*
1218                          * Ensure pfn_valid is checked every
1219                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1220                          */
1221                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1222                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1223                                         page = NULL;
1224                                         goto free_range;
1225                                 }
1226                         }
1227
1228                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1229                                 page = NULL;
1230                                 goto free_range;
1231                         }
1232
1233                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1234                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1235                                 page++;
1236                         } else {
1237                                 nr_pages += nr_to_free;
1238                                 deferred_free_range(free_base_page,
1239                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1240                                 free_base_page = NULL;
1241                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1242
1243                                 page = pfn_to_page(pfn);
1244                                 cond_resched();
1245                         }
1246
1247                         if (page->flags) {
1248                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1249                                 goto free_range;
1250                         }
1251
1252                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1253                         if (!free_base_page) {
1254                                 free_base_page = page;
1255                                 free_base_pfn = pfn;
1256                                 nr_to_free = 0;
1257                         }
1258                         nr_to_free++;
1259
1260                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1261                         continue;
1262 free_range:
1263                         /* Free the current block of pages to allocator */
1264                         nr_pages += nr_to_free;
1265                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1266                                                                 nr_to_free);
1267                         free_base_page = NULL;
1268                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1269                 }
1270
1271                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1272         }
1273
1274         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1275         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1276
1277         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1278                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1279
1280         pgdat_init_report_one_done();
1281         return 0;
1282 }
1283
1284 void __init page_alloc_init_late(void)
1285 {
1286         int nid;
1287
1288         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1289         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1290         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1291                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1292         }
1293
1294         /* Block until all are initialised */
1295         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1296
1297         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1298         files_maxfiles_init();
1299 }
1300 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1301
1302 #ifdef CONFIG_CMA
1303 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1304 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1305 {
1306         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1307         struct page *p = page;
1308
1309         do {
1310                 __ClearPageReserved(p);
1311                 set_page_count(p, 0);
1312         } while (++p, --i);
1313
1314         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1315
1316         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1317                 i = pageblock_nr_pages;
1318                 p = page;
1319                 do {
1320                         set_page_refcounted(p);
1321                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1322                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1323                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1324         } else {
1325                 set_page_refcounted(page);
1326                 __free_pages(page, pageblock_order);
1327         }
1328
1329         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1330 }
1331 #endif
1332
1333 /*
1334  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1335  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1336  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1337  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1338  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1339  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1340  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1341  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1342  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1343  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1344  *
1345  * -- nyc
1346  */
1347 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1348         int low, int high, struct free_area *area,
1349         int migratetype)
1350 {
1351         unsigned long size = 1 << high;
1352
1353         while (high > low) {
1354                 area--;
1355                 high--;
1356                 size >>= 1;
1357                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1358
1359                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1360                         debug_guardpage_enabled() &&
1361                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1362                         /*
1363                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1364                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1365                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1366                          * pages will stay not present in virtual address space
1367                          */
1368                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1369                         continue;
1370                 }
1371                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1372                 area->nr_free++;
1373                 set_page_order(&page[size], high);
1374         }
1375 }
1376
1377 /*
1378  * This page is about to be returned from the page allocator
1379  */
1380 static inline int check_new_page(struct page *page)
1381 {
1382         const char *bad_reason = NULL;
1383         unsigned long bad_flags = 0;
1384
1385         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1386                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1387         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1388                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1389         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1390                 bad_reason = "nonzero _count";
1391         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1392                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1393                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1394         }
1395         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1396                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1397                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1398         }
1399 #ifdef CONFIG_MEMCG
1400         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1401                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1402 #endif
1403         if (unlikely(bad_reason)) {
1404                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1405                 return 1;
1406         }
1407         return 0;
1408 }
1409
1410 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1411                                                                 int alloc_flags)
1412 {
1413         int i;
1414
1415         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1416                 struct page *p = page + i;
1417                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1418                         return 1;
1419         }
1420
1421         set_page_private(page, 0);
1422         set_page_refcounted(page);
1423
1424         arch_alloc_page(page, order);
1425         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1426         kasan_alloc_pages(page, order);
1427
1428         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1429                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1430                         clear_highpage(page + i);
1431
1432         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1433                 prep_compound_page(page, order);
1434
1435         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1436
1437         /*
1438          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1439          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1440          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1441          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1442          */
1443         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1444                 set_page_pfmemalloc(page);
1445         else
1446                 clear_page_pfmemalloc(page);
1447
1448         return 0;
1449 }
1450
1451 /*
1452  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1453  * the smallest available page from the freelists
1454  */
1455 static inline
1456 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1457                                                 int migratetype)
1458 {
1459         unsigned int current_order;
1460         struct free_area *area;
1461         struct page *page;
1462
1463         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1464         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1465                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1466                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1467                         continue;
1468
1469                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1470                                                         struct page, lru);
1471                 list_del(&page->lru);
1472                 rmv_page_order(page);
1473                 area->nr_free--;
1474                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1475                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1476                 return page;
1477         }
1478
1479         return NULL;
1480 }
1481
1482
1483 /*
1484  * This array describes the order lists are fallen back to when
1485  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1486  */
1487 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1488         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1489         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1490         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1491 #ifdef CONFIG_CMA
1492         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1493 #endif
1494 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1495         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1496 #endif
1497 };
1498
1499 #ifdef CONFIG_CMA
1500 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1501                                         unsigned int order)
1502 {
1503         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1504 }
1505 #else
1506 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1507                                         unsigned int order) { return NULL; }
1508 #endif
1509
1510 /*
1511  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1512  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1513  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1514  */
1515 int move_freepages(struct zone *zone,
1516                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1517                           int migratetype)
1518 {
1519         struct page *page;
1520         unsigned int order;
1521         int pages_moved = 0;
1522
1523 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1524         /*
1525          * page_zone is not safe to call in this context when
1526          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1527          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1528          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1529          * grouping pages by mobility
1530          */
1531         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1532 #endif
1533
1534         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1535                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1536                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1537
1538                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1539                         page++;
1540                         continue;
1541                 }
1542
1543                 if (!PageBuddy(page)) {
1544                         page++;
1545                         continue;
1546                 }
1547
1548                 order = page_order(page);
1549                 list_move(&page->lru,
1550                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1551                 page += 1 << order;
1552                 pages_moved += 1 << order;
1553         }
1554
1555         return pages_moved;
1556 }
1557
1558 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1559                                 int migratetype)
1560 {
1561         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1562         struct page *start_page, *end_page;
1563
1564         start_pfn = page_to_pfn(page);
1565         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1566         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1567         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1568         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1569
1570         /* Do not cross zone boundaries */
1571         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1572                 start_page = page;
1573         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1574                 return 0;
1575
1576         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1577 }
1578
1579 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1580                                         int start_order, int migratetype)
1581 {
1582         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1583
1584         while (nr_pageblocks--) {
1585                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1586                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1587         }
1588 }
1589
1590 /*
1591  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1592  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1593  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1594  *
1595  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1596  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1597  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1598  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1599  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1600  * pageblocks.
1601  */
1602 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1603 {
1604         /*
1605          * Leaving this order check is intended, although there is
1606          * relaxed order check in next check. The reason is that
1607          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1608          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1609          * so could be changed anytime.
1610          */
1611         if (order >= pageblock_order)
1612                 return true;
1613
1614         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1615                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1616                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1617                 page_group_by_mobility_disabled)
1618                 return true;
1619
1620         return false;
1621 }
1622
1623 /*
1624  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1625  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1626  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1627  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1628  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1629  */
1630 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1631                                                           int start_type)
1632 {
1633         unsigned int current_order = page_order(page);
1634         int pages;
1635
1636         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1637         if (current_order >= pageblock_order) {
1638                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1639                 return;
1640         }
1641
1642         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1643
1644         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1645         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1646                         page_group_by_mobility_disabled)
1647                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1652  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1653  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1654  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1655  */
1656 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1657                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1658 {
1659         int i;
1660         int fallback_mt;
1661
1662         if (area->nr_free == 0)
1663                 return -1;
1664
1665         *can_steal = false;
1666         for (i = 0;; i++) {
1667                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1668                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1669                         break;
1670
1671                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1672                         continue;
1673
1674                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1675                         *can_steal = true;
1676
1677                 if (!only_stealable)
1678                         return fallback_mt;
1679
1680                 if (*can_steal)
1681                         return fallback_mt;
1682         }
1683
1684         return -1;
1685 }
1686
1687 /*
1688  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1689  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1690  */
1691 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1692                                 unsigned int alloc_order)
1693 {
1694         int mt;
1695         unsigned long max_managed, flags;
1696
1697         /*
1698          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1699          * Check is race-prone but harmless.
1700          */
1701         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1702         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1703                 return;
1704
1705         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1706
1707         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1708         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1709                 goto out_unlock;
1710
1711         /* Yoink! */
1712         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1713         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1714                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1715                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1716                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1717                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1718         }
1719
1720 out_unlock:
1721         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1722 }
1723
1724 /*
1725  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1726  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1727  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1728  * to recover from than an OOM.
1729  */
1730 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1731 {
1732         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1733         unsigned long flags;
1734         struct zoneref *z;
1735         struct zone *zone;
1736         struct page *page;
1737         int order;
1738
1739         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1740                                                                 ac->nodemask) {
1741                 /* Preserve at least one pageblock */
1742                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1743                         continue;
1744
1745                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1746                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1747                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1748
1749                         if (list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
1750                                 continue;
1751
1752                         page = list_entry(area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC].next,
1753                                                 struct page, lru);
1754
1755                         /*
1756                          * It should never happen but changes to locking could
1757                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1758                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1759                          * and watch for underflows.
1760                          */
1761                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1762                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1763
1764                         /*
1765                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1766                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1767                          * is doing the work and needs the pages. More
1768                          * importantly, if the block was always converted to
1769                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1770                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1771                          * may increase.
1772                          */
1773                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1774                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1775                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1776                         return;
1777                 }
1778                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1779         }
1780 }
1781
1782 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1783 static inline struct page *
1784 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1785 {
1786         struct free_area *area;
1787         unsigned int current_order;
1788         struct page *page;
1789         int fallback_mt;
1790         bool can_steal;
1791
1792         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1793         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1794                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1795                                 --current_order) {
1796                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1797                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1798                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1799                 if (fallback_mt == -1)
1800                         continue;
1801
1802                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1803                                                 struct page, lru);
1804                 if (can_steal)
1805                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1806
1807                 /* Remove the page from the freelists */
1808                 area->nr_free--;
1809                 list_del(&page->lru);
1810                 rmv_page_order(page);
1811
1812                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1813                                         start_migratetype);
1814                 /*
1815                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1816                  * migratetype depending on the decisions in
1817                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1818                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1819                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1820                  */
1821                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1822
1823                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1824                         start_migratetype, fallback_mt);
1825
1826                 return page;
1827         }
1828
1829         return NULL;
1830 }
1831
1832 /*
1833  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1834  * Call me with the zone->lock already held.
1835  */
1836 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1837                                 int migratetype, gfp_t gfp_flags)
1838 {
1839         struct page *page;
1840
1841         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1842         if (unlikely(!page)) {
1843                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1844                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1845
1846                 if (!page)
1847                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1848         }
1849
1850         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1851         return page;
1852 }
1853
1854 /*
1855  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1856  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1857  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1858  */
1859 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1860                         unsigned long count, struct list_head *list,
1861                         int migratetype, bool cold)
1862 {
1863         int i;
1864
1865         spin_lock(&zone->lock);
1866         for (i = 0; i < count; ++i) {
1867                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype, 0);
1868                 if (unlikely(page == NULL))
1869                         break;
1870
1871                 /*
1872                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1873                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1874                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1875                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1876                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1877                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1878                  * properly.
1879                  */
1880                 if (likely(!cold))
1881                         list_add(&page->lru, list);
1882                 else
1883                         list_add_tail(&page->lru, list);
1884                 list = &page->lru;
1885                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1886                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1887                                               -(1 << order));
1888         }
1889         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1890         spin_unlock(&zone->lock);
1891         return i;
1892 }
1893
1894 #ifdef CONFIG_NUMA
1895 /*
1896  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1897  * currently executing processor on remote nodes after they have
1898  * expired.
1899  *
1900  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1901  * a single processor.
1902  */
1903 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1904 {
1905         unsigned long flags;
1906         int to_drain, batch;
1907
1908         local_irq_save(flags);
1909         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1910         to_drain = min(pcp->count, batch);
1911         if (to_drain > 0) {
1912                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1913                 pcp->count -= to_drain;
1914         }
1915         local_irq_restore(flags);
1916 }
1917 #endif
1918
1919 /*
1920  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1921  *
1922  * The processor must either be the current processor and the
1923  * thread pinned to the current processor or a processor that
1924  * is not online.
1925  */
1926 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1927 {
1928         unsigned long flags;
1929         struct per_cpu_pageset *pset;
1930         struct per_cpu_pages *pcp;
1931
1932         local_irq_save(flags);
1933         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1934
1935         pcp = &pset->pcp;
1936         if (pcp->count) {
1937                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1938                 pcp->count = 0;
1939         }
1940         local_irq_restore(flags);
1941 }
1942
1943 /*
1944  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1945  *
1946  * The processor must either be the current processor and the
1947  * thread pinned to the current processor or a processor that
1948  * is not online.
1949  */
1950 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1951 {
1952         struct zone *zone;
1953
1954         for_each_populated_zone(zone) {
1955                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1956         }
1957 }
1958
1959 /*
1960  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1961  *
1962  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1963  * the single zone's pages.
1964  */
1965 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1966 {
1967         int cpu = smp_processor_id();
1968
1969         if (zone)
1970                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1971         else
1972                 drain_pages(cpu);
1973 }
1974
1975 /*
1976  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1977  *
1978  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1979  *
1980  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1981  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1982  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1983  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1984  * before the call to on_each_cpu_mask().
1985  */
1986 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1987 {
1988         int cpu;
1989
1990         /*
1991          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1992          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1993          */
1994         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1995
1996         /*
1997          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1998          * as offline notification will cause the notified
1999          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2000          * disables preemption as part of its processing
2001          */
2002         for_each_online_cpu(cpu) {
2003                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2004                 struct zone *z;
2005                 bool has_pcps = false;
2006
2007                 if (zone) {
2008                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2009                         if (pcp->pcp.count)
2010                                 has_pcps = true;
2011                 } else {
2012                         for_each_populated_zone(z) {
2013                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2014                                 if (pcp->pcp.count) {
2015                                         has_pcps = true;
2016                                         break;
2017                                 }
2018                         }
2019                 }
2020
2021                 if (has_pcps)
2022                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2023                 else
2024                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2025         }
2026         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2027                                                                 zone, 1);
2028 }
2029
2030 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2031
2032 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2033 {
2034         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2035         unsigned long flags;
2036         unsigned int order, t;
2037         struct list_head *curr;
2038
2039         if (zone_is_empty(zone))
2040                 return;
2041
2042         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2043
2044         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2045         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2046                 if (pfn_valid(pfn)) {
2047                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
2048
2049                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2050                                 swsusp_unset_page_free(page);
2051                 }
2052
2053         for_each_migratetype_order(order, t) {
2054                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
2055                         unsigned long i;
2056
2057                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
2058                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2059                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2060                 }
2061         }
2062         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2063 }
2064 #endif /* CONFIG_PM */
2065
2066 /*
2067  * Free a 0-order page
2068  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2069  */
2070 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2071 {
2072         struct zone *zone = page_zone(page);
2073         struct per_cpu_pages *pcp;
2074         unsigned long flags;
2075         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2076         int migratetype;
2077
2078         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2079                 return;
2080
2081         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2082         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2083         local_irq_save(flags);
2084         __count_vm_event(PGFREE);
2085
2086         /*
2087          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2088          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2089          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2090          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2091          * excessively into the page allocator
2092          */
2093         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2094                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2095                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2096                         goto out;
2097                 }
2098                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2099         }
2100
2101         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2102         if (!cold)
2103                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2104         else
2105                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2106         pcp->count++;
2107         if (pcp->count >= pcp->high) {
2108                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2109                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2110                 pcp->count -= batch;
2111         }
2112
2113 out:
2114         local_irq_restore(flags);
2115 }
2116
2117 /*
2118  * Free a list of 0-order pages
2119  */
2120 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2121 {
2122         struct page *page, *next;
2123
2124         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2125                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2126                 free_hot_cold_page(page, cold);
2127         }
2128 }
2129
2130 /*
2131  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2132  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2133  * Each sub-page must be freed individually.
2134  *
2135  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2136  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2137  */
2138 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2139 {
2140         int i;
2141         gfp_t gfp_mask;
2142
2143         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2144         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2145
2146 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2147         /*
2148          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2149          * otherwise free the whole shadow.
2150          */
2151         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2152                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2153 #endif
2154
2155         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2156         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2157         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2158                 set_page_refcounted(page + i);
2159                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2160         }
2161 }
2162 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2163
2164 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2165 {
2166         unsigned long watermark;
2167         struct zone *zone;
2168         int mt;
2169
2170         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2171
2172         zone = page_zone(page);
2173         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2174
2175         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2176                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2177                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2178                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2179                         return 0;
2180
2181                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2182         }
2183
2184         /* Remove page from free list */
2185         list_del(&page->lru);
2186         zone->free_area[order].nr_free--;
2187         rmv_page_order(page);
2188
2189         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2190
2191         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2192         if (order >= pageblock_order - 1) {
2193                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2194                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2195                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2196                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2197                                 set_pageblock_migratetype(page,
2198                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2199                 }
2200         }
2201
2202
2203         return 1UL << order;
2204 }
2205
2206 /*
2207  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2208  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2209  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2210  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2211  * are enabled.
2212  *
2213  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2214  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2215  */
2216 int split_free_page(struct page *page)
2217 {
2218         unsigned int order;
2219         int nr_pages;
2220
2221         order = page_order(page);
2222
2223         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2224         if (!nr_pages)
2225                 return 0;
2226
2227         /* Split into individual pages */
2228         set_page_refcounted(page);
2229         split_page(page, order);
2230         return nr_pages;
2231 }
2232
2233 /*
2234  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2235  */
2236 static inline
2237 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2238                         struct zone *zone, unsigned int order,
2239                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2240 {
2241         unsigned long flags;
2242         struct page *page;
2243         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2244
2245         if (likely(order == 0)) {
2246                 struct per_cpu_pages *pcp;
2247                 struct list_head *list;
2248
2249                 local_irq_save(flags);
2250                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2251                 list = &pcp->lists[migratetype];
2252                 if (list_empty(list)) {
2253                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2254                                         pcp->batch, list,
2255                                         migratetype, cold);
2256                         if (unlikely(list_empty(list)))
2257                                 goto failed;
2258                 }
2259
2260                 if (cold)
2261                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2262                 else
2263                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2264
2265                 list_del(&page->lru);
2266                 pcp->count--;
2267         } else {
2268                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2269                         /*
2270                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2271                          *
2272                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2273                          * properly detect and handle allocation failures.
2274                          *
2275                          * We most definitely don't want callers attempting to
2276                          * allocate greater than order-1 page units with
2277                          * __GFP_NOFAIL.
2278                          */
2279                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2280                 }
2281                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2282
2283                 page = NULL;
2284                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2285                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2286                         if (page)
2287                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2288                 }
2289                 if (!page)
2290                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, gfp_flags);
2291                 spin_unlock(&zone->lock);
2292                 if (!page)
2293                         goto failed;
2294                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2295                                           get_pcppage_migratetype(page));
2296         }
2297
2298         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2299         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2300             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2301                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2302
2303         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2304         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2305         local_irq_restore(flags);
2306
2307         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2308         return page;
2309
2310 failed:
2311         local_irq_restore(flags);
2312         return NULL;
2313 }
2314
2315 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2316
2317 static struct {
2318         struct fault_attr attr;
2319
2320         bool ignore_gfp_highmem;
2321         bool ignore_gfp_reclaim;
2322         u32 min_order;
2323 } fail_page_alloc = {
2324         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2325         .ignore_gfp_reclaim = true,
2326         .ignore_gfp_highmem = true,
2327         .min_order = 1,
2328 };
2329
2330 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2331 {
2332         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2333 }
2334 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2335
2336 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2337 {
2338         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2339                 return false;
2340         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2341                 return false;
2342         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2343                 return false;
2344         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2345                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2346                 return false;
2347
2348         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2349 }
2350
2351 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2352
2353 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2354 {
2355         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2356         struct dentry *dir;
2357
2358         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2359                                         &fail_page_alloc.attr);
2360         if (IS_ERR(dir))
2361                 return PTR_ERR(dir);
2362
2363         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2364                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2365                 goto fail;
2366         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2367                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2368                 goto fail;
2369         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2370                                 &fail_page_alloc.min_order))
2371                 goto fail;
2372
2373         return 0;
2374 fail:
2375         debugfs_remove_recursive(dir);
2376
2377         return -ENOMEM;
2378 }
2379
2380 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2381
2382 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2383
2384 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2385
2386 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2387 {
2388         return false;
2389 }
2390
2391 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2392
2393 /*
2394  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2395  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2396  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2397  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2398  */
2399 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2400                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2401                         long free_pages)
2402 {
2403         long min = mark;
2404         int o;
2405         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2406
2407         /* free_pages may go negative - that's OK */
2408         free_pages -= (1 << order) - 1;
2409
2410         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2411                 min -= min / 2;
2412
2413         /*
2414          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2415          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2416          * atomic reserve but it avoids a search.
2417          */
2418         if (likely(!alloc_harder))
2419                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2420         else
2421                 min -= min / 4;
2422
2423 #ifdef CONFIG_CMA
2424         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2425         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2426                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2427 #endif
2428
2429         /*
2430          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2431          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2432          * even if a suitable page happened to be free.
2433          */
2434         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2435                 return false;
2436
2437         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2438         if (!order)
2439                 return true;
2440
2441         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2442         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2443                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2444                 int mt;
2445
2446                 if (!area->nr_free)
2447                         continue;
2448
2449                 if (alloc_harder)
2450                         return true;
2451
2452                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2453                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2454                                 return true;
2455                 }
2456
2457 #ifdef CONFIG_CMA
2458                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2459                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2460                         return true;
2461                 }
2462 #endif
2463         }
2464         return false;
2465 }
2466
2467 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2468                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2469 {
2470         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2471                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2472 }
2473
2474 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2475                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2476 {
2477         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2478
2479         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2480                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2481
2482         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2483                                                                 free_pages);
2484 }
2485
2486 #ifdef CONFIG_NUMA
2487 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2488 {
2489         return local_zone->node == zone->node;
2490 }
2491
2492 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2493 {
2494         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2495                                 RECLAIM_DISTANCE;
2496 }
2497 #else   /* CONFIG_NUMA */
2498 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2499 {
2500         return true;
2501 }
2502
2503 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2504 {
2505         return true;
2506 }
2507 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2508
2509 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2510 {
2511         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2512
2513         do {
2514                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2515                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2516                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2517                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2518         } while (zone++ != preferred_zone);
2519 }
2520
2521 /*
2522  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2523  * a page.
2524  */
2525 static struct page *
2526 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2527                                                 const struct alloc_context *ac)
2528 {
2529         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2530         struct zoneref *z;
2531         struct page *page = NULL;
2532         struct zone *zone;
2533         int nr_fair_skipped = 0;
2534         bool zonelist_rescan;
2535
2536 zonelist_scan:
2537         zonelist_rescan = false;
2538
2539         /*
2540          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2541          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2542          */
2543         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2544                                                                 ac->nodemask) {
2545                 unsigned long mark;
2546
2547                 if (cpusets_enabled() &&
2548                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2549                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2550                                 continue;
2551                 /*
2552                  * Distribute pages in proportion to the individual
2553                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2554                  * page was allocated in should have no effect on the
2555                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2556                  */
2557                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2558                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2559                                 break;
2560                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2561                                 nr_fair_skipped++;
2562                                 continue;
2563                         }
2564                 }
2565                 /*
2566                  * When allocating a page cache page for writing, we
2567                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2568                  * limit, such that no single zone holds more than its
2569                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2570                  * The dirty limits take into account the zone's
2571                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2572                  * should be able to balance it without having to
2573                  * write pages from its LRU list.
2574                  *
2575                  * This may look like it could increase pressure on
2576                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2577                  * before they are full.  But the pages that do spill
2578                  * over are limited as the lower zones are protected
2579                  * by this very same mechanism.  It should not become
2580                  * a practical burden to them.
2581                  *
2582                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2583                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2584                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2585                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2586                  * zones are together not big enough to reach the
2587                  * global limit.  The proper fix for these situations
2588                  * will require awareness of zones in the
2589                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2590                  */
2591                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2592                         continue;
2593
2594                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2595                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2596                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2597                         int ret;
2598
2599                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2600                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2601                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2602                                 goto try_this_zone;
2603
2604                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2605                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2606                                 continue;
2607
2608                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2609                         switch (ret) {
2610                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2611                                 /* did not scan */
2612                                 continue;
2613                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2614                                 /* scanned but unreclaimable */
2615                                 continue;
2616                         default:
2617                                 /* did we reclaim enough */
2618                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2619                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2620                                         goto try_this_zone;
2621
2622                                 continue;
2623                         }
2624                 }
2625
2626 try_this_zone:
2627                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2628                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2629                 if (page) {
2630                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2631                                 goto try_this_zone;
2632
2633                         /*
2634                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2635                          * if the pageblock should be reserved for the future
2636                          */
2637                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2638                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2639
2640                         return page;
2641                 }
2642         }
2643
2644         /*
2645          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2646          * local node.  However, the local node might have free pages left
2647          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2648          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2649          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2650          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2651          */
2652         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2653                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2654                 if (nr_fair_skipped) {
2655                         zonelist_rescan = true;
2656                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2657                 }
2658                 if (nr_online_nodes > 1)
2659                         zonelist_rescan = true;
2660         }
2661
2662         if (zonelist_rescan)
2663                 goto zonelist_scan;
2664
2665         return NULL;
2666 }
2667
2668 /*
2669  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2670  * meminfo in irq context.
2671  */
2672 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2673 {
2674         bool ret = false;
2675
2676 #if NODES_SHIFT > 8
2677         ret = in_interrupt();
2678 #endif
2679         return ret;
2680 }
2681
2682 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2683                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2684                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2685
2686 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2687 {
2688         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2689
2690         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2691             debug_guardpage_minorder() > 0)
2692                 return;
2693
2694         /*
2695          * This documents exceptions given to allocations in certain
2696          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2697          * of allowed nodes.
2698          */
2699         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2700                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2701                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2702                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2703         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2704                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2705
2706         if (fmt) {
2707                 struct va_format vaf;
2708                 va_list args;
2709
2710                 va_start(args, fmt);
2711
2712                 vaf.fmt = fmt;
2713                 vaf.va = &args;
2714
2715                 pr_warn("%pV", &vaf);
2716
2717                 va_end(args);
2718         }
2719
2720         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:0x%x\n",
2721                 current->comm, order, gfp_mask);
2722
2723         dump_stack();
2724         if (!should_suppress_show_mem())
2725                 show_mem(filter);
2726 }
2727
2728 static inline struct page *
2729 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2730         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2731 {
2732         struct oom_control oc = {
2733                 .zonelist = ac->zonelist,
2734                 .nodemask = ac->nodemask,
2735                 .gfp_mask = gfp_mask,
2736                 .order = order,
2737         };
2738         struct page *page;
2739
2740         *did_some_progress = 0;
2741
2742         /*
2743          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2744          * making progress for us.
2745          */
2746         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2747                 *did_some_progress = 1;
2748                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2749                 return NULL;
2750         }
2751
2752         /*
2753          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2754          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2755          * we're still under heavy pressure.
2756          */
2757         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2758                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2759         if (page)
2760                 goto out;
2761
2762         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2763                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2764                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2765                         goto out;
2766                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2767                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2768                         goto out;
2769                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2770                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2771                         goto out;
2772                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2773                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2774                         /*
2775                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2776                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2777                          * keep looping as per tradition.
2778                          */
2779                         *did_some_progress = 1;
2780                         goto out;
2781                 }
2782                 if (pm_suspended_storage())
2783                         goto out;
2784                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2785                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2786                         goto out;
2787         }
2788         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2789         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2790                 *did_some_progress = 1;
2791 out:
2792         mutex_unlock(&oom_lock);
2793         return page;
2794 }
2795
2796 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2797 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2798 static struct page *
2799 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2800                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2801                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2802                 bool *deferred_compaction)
2803 {
2804         unsigned long compact_result;
2805         struct page *page;
2806
2807         if (!order)
2808                 return NULL;
2809
2810         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2811         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2812                                                 mode, contended_compaction);
2813         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2814
2815         switch (compact_result) {
2816         case COMPACT_DEFERRED:
2817                 *deferred_compaction = true;
2818                 /* fall-through */
2819         case COMPACT_SKIPPED:
2820                 return NULL;
2821         default:
2822                 break;
2823         }
2824
2825         /*
2826          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2827          * count a compaction stall
2828          */
2829         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2830
2831         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2832                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2833
2834         if (page) {
2835                 struct zone *zone = page_zone(page);
2836
2837                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2838                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2839                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2840                 return page;
2841         }
2842
2843         /*
2844          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2845          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2846          */
2847         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2848
2849         cond_resched();
2850
2851         return NULL;
2852 }
2853 #else
2854 static inline struct page *
2855 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2856                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2857                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2858                 bool *deferred_compaction)
2859 {
2860         return NULL;
2861 }
2862 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2863
2864 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2865 static int
2866 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2867                                         const struct alloc_context *ac)
2868 {
2869         struct reclaim_state reclaim_state;
2870         int progress;
2871
2872         cond_resched();
2873
2874         /* We now go into synchronous reclaim */
2875         cpuset_memory_pressure_bump();
2876         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2877         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2878         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2879         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2880
2881         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2882                                                                 ac->nodemask);
2883
2884         current->reclaim_state = NULL;
2885         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2886         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2887
2888         cond_resched();
2889
2890         return progress;
2891 }
2892
2893 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2894 static inline struct page *
2895 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2896                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2897                 unsigned long *did_some_progress)
2898 {
2899         struct page *page = NULL;
2900         bool drained = false;
2901
2902         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2903         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2904                 return NULL;
2905
2906 retry:
2907         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2908                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2909
2910         /*
2911          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2912          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
2913          * Shrink them them and try again
2914          */
2915         if (!page && !drained) {
2916                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
2917                 drain_all_pages(NULL);
2918                 drained = true;
2919                 goto retry;
2920         }
2921
2922         return page;
2923 }
2924
2925 /*
2926  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2927  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2928  */
2929 static inline struct page *
2930 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2931                                 const struct alloc_context *ac)
2932 {
2933         struct page *page;
2934
2935         do {
2936                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2937                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2938
2939                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2940                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2941                                                                         HZ/50);
2942         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2943
2944         return page;
2945 }
2946
2947 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2948 {
2949         struct zoneref *z;
2950         struct zone *zone;
2951
2952         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2953                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2954                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2955 }
2956
2957 static inline int
2958 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2959 {
2960         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2961
2962         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2963         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2964
2965         /*
2966          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2967          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2968          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2969          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2970          */
2971         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2972
2973         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
2974                 /*
2975                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2976                  * if it can't schedule.
2977                  */
2978                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2979                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2980                 /*
2981                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2982                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2983                  */
2984                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2985         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2986                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2987
2988         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2989                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2990                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2991                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2992                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2993                 else if (!in_interrupt() &&
2994                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2995                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2996                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2997         }
2998 #ifdef CONFIG_CMA
2999         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3000                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3001 #endif
3002         return alloc_flags;
3003 }
3004
3005 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3006 {
3007         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3008 }
3009
3010 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3011 {
3012         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3013 }
3014
3015 static inline struct page *
3016 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3017                                                 struct alloc_context *ac)
3018 {
3019         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3020         struct page *page = NULL;
3021         int alloc_flags;
3022         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3023         unsigned long did_some_progress;
3024         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3025         bool deferred_compaction = false;
3026         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3027
3028         /*
3029          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3030          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3031          * be using allocators in order of preference for an area that is
3032          * too large.
3033          */
3034         if (order >= MAX_ORDER) {
3035                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3036                 return NULL;
3037         }
3038
3039         /*
3040          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3041          * callers that are not in atomic context.
3042          */
3043         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3044                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3045                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3046
3047         /*
3048          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
3049          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
3050          * speculative node-specific allocation.
3051          */
3052         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !can_direct_reclaim)
3053                 goto nopage;
3054
3055 retry:
3056         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3057                 wake_all_kswapds(order, ac);
3058
3059         /*
3060          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3061          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3062          * to how we want to proceed.
3063          */
3064         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3065
3066         /*
3067          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3068          * cpusets.
3069          */
3070         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3071                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3072                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3073                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3074                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3075         }
3076
3077         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3078         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3079                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3080         if (page)
3081                 goto got_pg;
3082
3083         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3084         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3085                 /*
3086                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3087                  * the allocation is high priority and these type of
3088                  * allocations are system rather than user orientated
3089                  */
3090                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3091
3092                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3093
3094                 if (page) {
3095                         goto got_pg;
3096                 }
3097         }
3098
3099         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3100         if (!can_direct_reclaim) {
3101                 /*
3102                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3103                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3104                  * type of allocation to fail.
3105                  */
3106                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3107                 goto nopage;
3108         }
3109
3110         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3111         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3112                 goto nopage;
3113
3114         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3115         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3116                 goto nopage;
3117
3118         /*
3119          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3120          * attempts after direct reclaim are synchronous
3121          */
3122         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3123                                         migration_mode,
3124                                         &contended_compaction,
3125                                         &deferred_compaction);
3126         if (page)
3127                 goto got_pg;
3128
3129         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3130         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3131                 /*
3132                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3133                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3134                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3135                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3136                  * instead of entering direct reclaim.
3137                  */
3138                 if (deferred_compaction)
3139                         goto nopage;
3140
3141                 /*
3142                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3143                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3144                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3145                  * so we fallback to base pages instead.
3146                  */
3147                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3148                         goto nopage;
3149
3150                 /*
3151                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3152                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3153                  * khugepaged trying to collapse.
3154                  */
3155                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3156                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3157                         goto nopage;
3158         }
3159
3160         /*
3161          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3162          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3163          * khugepaged trying to collapse.
3164          */
3165         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3166                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3167
3168         /* Try direct reclaim and then allocating */
3169         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3170                                                         &did_some_progress);
3171         if (page)
3172                 goto got_pg;
3173
3174         /* Do not loop if specifically requested */
3175         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3176                 goto noretry;
3177
3178         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3179         pages_reclaimed += did_some_progress;
3180         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3181             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3182                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3183                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3184                 goto retry;
3185         }
3186
3187         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3188         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3189         if (page)
3190                 goto got_pg;
3191
3192         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3193         if (did_some_progress)
3194                 goto retry;
3195
3196 noretry:
3197         /*
3198          * High-order allocations do not necessarily loop after
3199          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3200          * being called after reclaim so call directly if necessary
3201          */
3202         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3203                                             ac, migration_mode,
3204                                             &contended_compaction,
3205                                             &deferred_compaction);
3206         if (page)
3207                 goto got_pg;
3208 nopage:
3209         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3210 got_pg:
3211         return page;
3212 }
3213
3214 /*
3215  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3216  */
3217 struct page *
3218 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3219                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3220 {
3221         struct zoneref *preferred_zoneref;
3222         struct page *page = NULL;
3223         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3224         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3225         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3226         struct alloc_context ac = {
3227                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3228                 .nodemask = nodemask,
3229                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3230         };
3231
3232         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3233
3234         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3235
3236         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3237
3238         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3239                 return NULL;
3240
3241         /*
3242          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3243          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3244          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3245          */
3246         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3247                 return NULL;
3248
3249         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3250                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3251
3252 retry_cpuset:
3253         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3254
3255         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3256         ac.zonelist = zonelist;
3257
3258         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3259         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3260
3261         /* The preferred zone is used for statistics later */
3262         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3263                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3264                                 &ac.preferred_zone);
3265         if (!ac.preferred_zone)
3266                 goto out;
3267         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3268
3269         /* First allocation attempt */
3270         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3271         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3272         if (unlikely(!page)) {
3273                 /*
3274                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3275                  * can deadlock because I/O on the device might not
3276                  * complete.
3277                  */
3278                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3279                 ac.spread_dirty_pages = false;
3280
3281                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3282         }
3283
3284         if (kmemcheck_enabled && page)
3285                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3286
3287         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3288
3289 out:
3290         /*
3291          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3292          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3293          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3294          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3295          */
3296         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3297                 goto retry_cpuset;
3298
3299         return page;
3300 }
3301 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3302
3303 /*
3304  * Common helper functions.
3305  */
3306 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3307 {
3308         struct page *page;
3309
3310         /*
3311          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3312          * a highmem page
3313          */
3314         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3315
3316         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3317         if (!page)
3318                 return 0;
3319         return (unsigned long) page_address(page);
3320 }
3321 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3322
3323 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3324 {
3325         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3326 }
3327 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3328
3329 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3330 {
3331         if (put_page_testzero(page)) {
3332                 if (order == 0)
3333                         free_hot_cold_page(page, false);
3334                 else
3335                         __free_pages_ok(page, order);
3336         }
3337 }
3338
3339 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3340
3341 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3342 {
3343         if (addr != 0) {
3344                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3345                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3346         }
3347 }
3348
3349 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3350
3351 /*
3352  * Page Fragment:
3353  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3354  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3355  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3356  *
3357  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3358  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3359  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3360  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3361  */
3362 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3363                                        gfp_t gfp_mask)
3364 {
3365         struct page *page = NULL;
3366         gfp_t gfp = gfp_mask;
3367
3368 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3369         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3370                     __GFP_NOMEMALLOC;
3371         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3372                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3373         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3374 #endif
3375         if (unlikely(!page))
3376                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3377
3378         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3379
3380         return page;
3381 }
3382
3383 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3384                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3385 {
3386         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3387         struct page *page;
3388         int offset;
3389
3390         if (unlikely(!nc->va)) {
3391 refill:
3392                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3393                 if (!page)
3394                         return NULL;
3395
3396 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3397                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3398                 size = nc->size;
3399 #endif
3400                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3401                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3402                  */
3403                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3404
3405                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3406                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3407                 nc->pagecnt_bias = size;
3408                 nc->offset = size;
3409         }
3410
3411         offset = nc->offset - fragsz;
3412         if (unlikely(offset < 0)) {
3413                 page = virt_to_page(nc->va);
3414
3415                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3416                         goto refill;
3417
3418 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3419                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3420                 size = nc->size;
3421 #endif
3422                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3423                 atomic_set(&page->_count, size);
3424
3425                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3426                 nc->pagecnt_bias = size;
3427                 offset = size - fragsz;
3428         }
3429
3430         nc->pagecnt_bias--;
3431         nc->offset = offset;
3432
3433         return nc->va + offset;
3434 }
3435 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3436
3437 /*
3438  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3439  */
3440 void __free_page_frag(void *addr)
3441 {
3442         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3443
3444         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3445                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3446 }
3447 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3448
3449 /*
3450  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3451  * of the current memory cgroup.
3452  *
3453  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3454  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3455  */
3456 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3457 {
3458         struct page *page;
3459
3460         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3461         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3462                 __free_pages(page, order);
3463                 page = NULL;
3464         }
3465         return page;
3466 }
3467
3468 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3469 {
3470         struct page *page;
3471
3472         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3473         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3474                 __free_pages(page, order);
3475                 page = NULL;
3476         }
3477         return page;
3478 }
3479
3480 /*
3481  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3482  * alloc_kmem_pages.
3483  */
3484 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3485 {
3486         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3487         __free_pages(page, order);
3488 }
3489
3490 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3491 {
3492         if (addr != 0) {
3493                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3494                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3495         }
3496 }
3497
3498 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3499                 size_t size)
3500 {
3501         if (addr) {
3502                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3503                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3504
3505                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3506                 while (used < alloc_end) {
3507                         free_page(used);
3508                         used += PAGE_SIZE;
3509                 }
3510         }
3511         return (void *)addr;
3512 }
3513
3514 /**
3515  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3516  * @size: the number of bytes to allocate
3517  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3518  *
3519  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3520  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3521  * allocate memory in power-of-two pages.
3522  *
3523  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3524  *
3525  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3526  */
3527 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3528 {
3529         unsigned int order = get_order(size);
3530         unsigned long addr;
3531
3532         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3533         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3534 }
3535 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3536
3537 /**
3538  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3539  *                         pages on a node.
3540  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3541  * @size: the number of bytes to allocate
3542  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3543  *
3544  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3545  * back.
3546  */
3547 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3548 {
3549         unsigned int order = get_order(size);
3550         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3551         if (!p)
3552                 return NULL;
3553         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3554 }
3555
3556 /**
3557  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3558  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3559  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3560  *
3561  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3562  */
3563 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3564 {
3565         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3566         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3567
3568         while (addr < end) {
3569                 free_page(addr);
3570                 addr += PAGE_SIZE;
3571         }
3572 }
3573 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3574
3575 /**
3576  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3577  * @offset: The zone index of the highest zone
3578  *
3579  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3580  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3581  * zone, the number of pages is calculated as:
3582  *     managed_pages - high_pages
3583  */
3584 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3585 {
3586         struct zoneref *z;
3587         struct zone *zone;
3588
3589         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3590         unsigned long sum = 0;
3591
3592         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3593
3594         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3595                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3596                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3597                 if (size > high)
3598                         sum += size - high;
3599         }
3600
3601         return sum;
3602 }
3603
3604 /**
3605  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3606  *
3607  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3608  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3609  */
3610 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3611 {
3612         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3613 }
3614 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3615
3616 /**
3617  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3618  *
3619  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3620  * high watermark within all zones.
3621  */
3622 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3623 {
3624         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3625 }
3626
3627 static inline void show_node(struct zone *zone)
3628 {
3629         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3630                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3631 }
3632
3633 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3634 {
3635         val->totalram = totalram_pages;
3636         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3637         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3638         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3639         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3640         val->freehigh = nr_free_highpages();
3641         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3642 }
3643
3644 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3645
3646 #ifdef CONFIG_NUMA
3647 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3648 {
3649         int zone_type;          /* needs to be signed */
3650         unsigned long managed_pages = 0;
3651         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3652
3653         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3654                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3655         val->totalram = managed_pages;
3656         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3657         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3658 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3659         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3660         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3661                         NR_FREE_PAGES);
3662 #else
3663         val->totalhigh = 0;
3664         val->freehigh = 0;
3665 #endif
3666         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3667 }
3668 #endif
3669
3670 /*
3671  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3672  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3673  */
3674 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3675 {
3676         bool ret = false;
3677         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3678
3679         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3680                 goto out;
3681
3682         do {
3683                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3684                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3685         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3686 out:
3687         return ret;
3688 }
3689
3690 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3691
3692 static void show_migration_types(unsigned char type)
3693 {
3694         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3695                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3696                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3697                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3698                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3699 #ifdef CONFIG_CMA
3700                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3701 #endif
3702 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3703                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3704 #endif
3705         };
3706         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3707         char *p = tmp;
3708         int i;
3709
3710         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3711                 if (type & (1 << i))
3712                         *p++ = types[i];
3713         }
3714
3715         *p = '\0';
3716         printk("(%s) ", tmp);
3717 }
3718
3719 /*
3720  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3721  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3722  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3723  *
3724  * Bits in @filter:
3725  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3726  *   cpuset.
3727  */
3728 void show_free_areas(unsigned int filter)
3729 {
3730         unsigned long free_pcp = 0;
3731         int cpu;
3732         struct zone *zone;
3733
3734         for_each_populated_zone(zone) {
3735                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3736                         continue;
3737
3738                 for_each_online_cpu(cpu)
3739                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3740         }
3741
3742         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3743                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3744                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3745                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3746                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3747                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3748                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3749                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3750                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3751                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3752                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3753                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3754                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3755                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3756                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3757                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3758                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3759                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3760                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3761                 global_page_state(NR_SHMEM),
3762                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3763                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3764                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3765                 free_pcp,
3766                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3767
3768         for_each_populated_zone(zone) {
3769                 int i;
3770
3771                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3772                         continue;
3773
3774                 free_pcp = 0;
3775                 for_each_online_cpu(cpu)
3776                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3777
3778                 show_node(zone);
3779                 printk("%s"
3780                         " free:%lukB"
3781                         " min:%lukB"
3782                         " low:%lukB"
3783                         " high:%lukB"
3784                         " active_anon:%lukB"
3785                         " inactive_anon:%lukB"
3786                         " active_file:%lukB"
3787                         " inactive_file:%lukB"
3788                         " unevictable:%lukB"
3789                         " isolated(anon):%lukB"
3790                         " isolated(file):%lukB"
3791                         " present:%lukB"
3792                         " managed:%lukB"
3793                         " mlocked:%lukB"
3794                         " dirty:%lukB"
3795                         " writeback:%lukB"
3796                         " mapped:%lukB"
3797                         " shmem:%lukB"
3798                         " slab_reclaimable:%lukB"
3799                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3800                         " kernel_stack:%lukB"
3801                         " pagetables:%lukB"
3802                         " unstable:%lukB"
3803                         " bounce:%lukB"
3804                         " free_pcp:%lukB"
3805                         " local_pcp:%ukB"
3806                         " free_cma:%lukB"
3807                         " writeback_tmp:%lukB"
3808                         " pages_scanned:%lu"
3809                         " all_unreclaimable? %s"
3810                         "\n",
3811                         zone->name,
3812                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3813                         K(min_wmark_pages(zone)),
3814                         K(low_wmark_pages(zone)),
3815                         K(high_wmark_pages(zone)),
3816                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3817                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3818                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3819                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3820                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3821                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3822                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3823                         K(zone->present_pages),
3824                         K(zone->managed_pages),
3825                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3826                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3827                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3828                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3829                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3830                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3831                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3832                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3833                                 THREAD_SIZE / 1024,
3834                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3835                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3836                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3837                         K(free_pcp),
3838                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3839                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3840                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3841                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3842                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3843                         );
3844                 printk("lowmem_reserve[]:");
3845                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3846                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3847                 printk("\n");
3848         }
3849
3850         for_each_populated_zone(zone) {
3851                 unsigned int order;
3852                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
3853                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3854
3855                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3856                         continue;
3857                 show_node(zone);
3858                 printk("%s: ", zone->name);
3859
3860                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3861                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3862                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3863                         int type;
3864
3865                         nr[order] = area->nr_free;
3866                         total += nr[order] << order;
3867
3868                         types[order] = 0;
3869                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3870                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3871                                         types[order] |= 1 << type;
3872                         }
3873                 }
3874                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3875                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3876                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3877                         if (nr[order])
3878                                 show_migration_types(types[order]);
3879                 }
3880                 printk("= %lukB\n", K(total));
3881         }
3882
3883         hugetlb_show_meminfo();
3884
3885         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3886
3887         show_swap_cache_info();
3888 }
3889
3890 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3891 {
3892         zoneref->zone = zone;
3893         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3894 }
3895
3896 /*
3897  * Builds allocation fallback zone lists.
3898  *
3899  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3900  */
3901 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3902                                 int nr_zones)
3903 {
3904         struct zone *zone;
3905         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3906
3907         do {
3908                 zone_type--;
3909                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3910                 if (populated_zone(zone)) {
3911                         zoneref_set_zone(zone,
3912                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3913                         check_highest_zone(zone_type);
3914                 }
3915         } while (zone_type);
3916
3917         return nr_zones;
3918 }
3919
3920
3921 /*
3922  *  zonelist_order:
3923  *  0 = automatic detection of better ordering.
3924  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3925  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3926  *
3927  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3928  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3929  */
3930 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3931 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3932 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3933
3934 /* zonelist order in the kernel.
3935  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3936  */
3937 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3938 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3939
3940
3941 #ifdef CONFIG_NUMA
3942 /* The value user specified ....changed by config */
3943 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3944 /* string for sysctl */
3945 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3946 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3947
3948 /*
3949  * interface for configure zonelist ordering.
3950  * command line option "numa_zonelist_order"
3951  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3952  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3953  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3954  */
3955
3956 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3957 {
3958         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3959                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3960         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3961                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3962         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3963                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3964         } else {
3965                 printk(KERN_WARNING
3966                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3967                         "%s\n", s);
3968                 return -EINVAL;
3969         }
3970         return 0;
3971 }
3972
3973 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3974 {
3975         int ret;
3976
3977         if (!s)
3978                 return 0;
3979
3980         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3981         if (ret == 0)
3982                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3983
3984         return ret;
3985 }
3986 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3987
3988 /*
3989  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3990  */
3991 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3992                 void __user *buffer, size_t *length,
3993                 loff_t *ppos)
3994 {
3995         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3996         int ret;
3997         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3998
3999         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4000         if (write) {
4001                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4002                         ret = -EINVAL;
4003                         goto out;
4004                 }
4005                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4006         }
4007         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4008         if (ret)
4009                 goto out;
4010         if (write) {
4011                 int oldval = user_zonelist_order;
4012
4013                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4014                 if (ret) {
4015                         /*
4016                          * bogus value.  restore saved string
4017                          */
4018                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4019                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4020                         user_zonelist_order = oldval;
4021                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4022                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4023                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4024                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4025                 }
4026         }
4027 out:
4028         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4029         return ret;
4030 }
4031
4032
4033 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4034 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4035
4036 /**
4037  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4038  * @node: node whose fallback list we're appending
4039  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4040  *
4041  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4042  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4043  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4044  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4045  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4046  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4047  * on them otherwise.
4048  * It returns -1 if no node is found.
4049  */
4050 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4051 {
4052         int n, val;
4053         int min_val = INT_MAX;
4054         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4055         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4056
4057         /* Use the local node if we haven't already */
4058         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4059                 node_set(node, *used_node_mask);
4060                 return node;
4061         }
4062
4063         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4064
4065                 /* Don't want a node to appear more than once */
4066                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4067                         continue;
4068
4069                 /* Use the distance array to find the distance */
4070                 val = node_distance(node, n);
4071
4072                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4073                 val += (n < node);
4074
4075                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4076                 tmp = cpumask_of_node(n);
4077                 if (!cpumask_empty(tmp))
4078                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4079
4080                 /* Slight preference for less loaded node */
4081                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4082                 val += node_load[n];
4083
4084                 if (val < min_val) {
4085                         min_val = val;
4086                         best_node = n;
4087                 }
4088         }
4089
4090         if (best_node >= 0)
4091                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4092
4093         return best_node;
4094 }
4095
4096
4097 /*
4098  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4099  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4100  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4101  */
4102 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4103 {
4104         int j;
4105         struct zonelist *zonelist;
4106
4107         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4108         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4109                 ;
4110         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4111         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4112         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4113 }
4114
4115 /*
4116  * Build gfp_thisnode zonelists
4117  */
4118 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4119 {
4120         int j;
4121         struct zonelist *zonelist;
4122
4123         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4124         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4125         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4126         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4127 }
4128
4129 /*
4130  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4131  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4132  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4133  * may still exist in local DMA zone.
4134  */
4135 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4136
4137 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4138 {
4139         int pos, j, node;
4140         int zone_type;          /* needs to be signed */
4141         struct zone *z;
4142         struct zonelist *zonelist;
4143
4144         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4145         pos = 0;
4146         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4147                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4148                         node = node_order[j];
4149                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4150                         if (populated_zone(z)) {
4151                                 zoneref_set_zone(z,
4152                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4153                                 check_highest_zone(zone_type);
4154                         }
4155                 }
4156         }
4157         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4158         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4159 }
4160
4161 #if defined(CONFIG_64BIT)
4162 /*
4163  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4164  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4165  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4166  */
4167 static int default_zonelist_order(void)
4168 {
4169         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4170 }
4171 #else
4172 /*
4173  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4174  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4175  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4176  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4177  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4178  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4179  */
4180 static int default_zonelist_order(void)
4181 {
4182         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4183 }
4184 #endif /* CONFIG_64BIT */
4185
4186 static void set_zonelist_order(void)
4187 {
4188         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4189                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4190         else
4191                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4192 }
4193
4194 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4195 {
4196         int j, node, load;
4197         enum zone_type i;
4198         nodemask_t used_mask;
4199         int local_node, prev_node;
4200         struct zonelist *zonelist;
4201         unsigned int order = current_zonelist_order;
4202
4203         /* initialize zonelists */
4204         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4205                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4206                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4207                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4208         }
4209
4210         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4211         local_node = pgdat->node_id;
4212         load = nr_online_nodes;
4213         prev_node = local_node;
4214         nodes_clear(used_mask);
4215
4216         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4217         j = 0;
4218
4219         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4220                 /*
4221                  * We don't want to pressure a particular node.
4222                  * So adding penalty to the first node in same
4223                  * distance group to make it round-robin.
4224                  */
4225                 if (node_distance(local_node, node) !=
4226                     node_distance(local_node, prev_node))
4227                         node_load[node] = load;
4228
4229                 prev_node = node;
4230                 load--;
4231                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4232                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4233                 else
4234                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4235         }
4236
4237         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4238                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4239                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4240         }
4241
4242         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4243 }
4244
4245 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4246 /*
4247  * Return node id of node used for "local" allocations.
4248  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4249  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4250  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4251  */
4252 int local_memory_node(int node)
4253 {
4254         struct zone *zone;
4255
4256         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4257                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4258                                    NULL,
4259                                    &zone);
4260         return zone->node;
4261 }
4262 #endif
4263
4264 #else   /* CONFIG_NUMA */
4265
4266 static void set_zonelist_order(void)
4267 {
4268         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4269 }
4270
4271 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4272 {
4273         int node, local_node;
4274         enum zone_type j;
4275         struct zonelist *zonelist;
4276
4277         local_node = pgdat->node_id;
4278
4279         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4280         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4281
4282         /*
4283          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4284          * of all the other nodes.
4285          * We don't want to pressure a particular node, so when
4286          * building the zones for node N, we make sure that the
4287          * zones coming right after the local ones are those from
4288          * node N+1 (modulo N)
4289          */
4290         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4291                 if (!node_online(node))
4292                         continue;
4293                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4294         }
4295         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4296                 if (!node_online(node))
4297                         continue;
4298                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4299         }
4300
4301         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4302         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4303 }
4304
4305 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4306
4307 /*
4308  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4309  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4310  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4311  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4312  * with interrupts disabled.
4313  *
4314  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4315  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4316  * hotplugged processors.
4317  *
4318  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4319  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4320  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4321  */
4322 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4323 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4324 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4325
4326 /*
4327  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4328  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4329  */
4330 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4331
4332 /* return values int ....just for stop_machine() */
4333 static int __build_all_zonelists(void *data)
4334 {
4335         int nid;
4336         int cpu;
4337         pg_data_t *self = data;
4338
4339 #ifdef CONFIG_NUMA
4340         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4341 #endif
4342
4343         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4344                 build_zonelists(self);
4345         }
4346
4347         for_each_online_node(nid) {
4348                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4349
4350                 build_zonelists(pgdat);
4351         }
4352
4353         /*
4354          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4355          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4356          * each zone will be allocated later when the per cpu
4357          * allocator is available.
4358          *
4359          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4360          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4361          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4362          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4363          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4364          * (a chicken-egg dilemma).
4365          */
4366         for_each_possible_cpu(cpu) {
4367                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4368
4369 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4370                 /*
4371                  * We now know the "local memory node" for each node--
4372                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4373                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4374                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4375                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4376                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4377                  */
4378                 if (cpu_online(cpu))
4379                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4380 #endif
4381         }
4382
4383         return 0;
4384 }
4385
4386 static noinline void __init
4387 build_all_zonelists_init(void)
4388 {
4389         __build_all_zonelists(NULL);
4390         mminit_verify_zonelist();
4391         cpuset_init_current_mems_allowed();
4392 }
4393
4394 /*
4395  * Called with zonelists_mutex held always
4396  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4397  *
4398  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4399  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4400  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4401  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4402  */
4403 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4404 {
4405         set_zonelist_order();
4406
4407         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4408                 build_all_zonelists_init();
4409         } else {
4410 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4411                 if (zone)
4412                         setup_zone_pageset(zone);
4413 #endif
4414                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4415                    of zonelist */
4416                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4417                 /* cpuset refresh routine should be here */
4418         }
4419         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4420         /*
4421          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4422          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4423          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4424          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4425          * disabled and enable it later
4426          */
4427         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4428                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4429         else
4430                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4431
4432         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4433                 "Total pages: %ld\n",
4434                         nr_online_nodes,
4435                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4436                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4437                         vm_total_pages);
4438 #ifdef CONFIG_NUMA
4439         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4440 #endif
4441 }
4442
4443 /*
4444  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4445  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4446  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4447  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4448  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4449  * conservative, even though it seems large.
4450  *
4451  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4452  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4453  */
4454 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4455
4456 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4457 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4458 {
4459         unsigned long size = 1;
4460
4461         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4462
4463         while (size < pages)
4464                 size <<= 1;
4465
4466         /*
4467          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4468          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4469          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4470          */
4471         size = min(size, 4096UL);
4472
4473         return max(size, 4UL);
4474 }
4475 #else
4476 /*
4477  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4478  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4479  *
4480  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4481  *
4482  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4483  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4484  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4485  *
4486  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4487  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4488  *
4489  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4490  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4491  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4492  */
4493 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4494 {
4495         return 4096UL;
4496 }
4497 #endif
4498
4499 /*
4500  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4501  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4502  * hash function before the remainder is taken.
4503  */
4504 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4505 {
4506         return ffz(~size);
4507 }
4508
4509 /*
4510  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4511  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4512  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4513  */
4514 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4515                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4516 {
4517         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4518         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4519         unsigned long pfn;
4520         struct zone *z;
4521         unsigned long nr_initialised = 0;
4522
4523         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4524                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4525
4526         z = &pgdat->node_zones[zone];
4527         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4528                 /*
4529                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4530                  * handed to this function.  They do not
4531                  * exist on hotplugged memory.
4532                  */
4533                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4534                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4535                                 continue;
4536                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4537                                 continue;
4538                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4539                                                 &nr_initialised))
4540                                 break;
4541                 }
4542
4543                 /*
4544                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4545                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4546                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4547                  * the address space during boot when many long-lived
4548                  * kernel allocations are made.
4549                  *
4550                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4551                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4552                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4553                  * pfn out of zone.
4554                  */
4555                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4556                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4557
4558                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4559                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4560                 } else {
4561                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4562                 }
4563         }
4564 }
4565
4566 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4567 {
4568         unsigned int order, t;
4569         for_each_migratetype_order(order, t) {
4570                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4571                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4572         }
4573 }
4574
4575 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4576 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4577         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4578 #endif
4579
4580 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4581 {
4582 #ifdef CONFIG_MMU
4583         int batch;
4584
4585         /*
4586          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4587          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4588          *
4589          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4590          */
4591         batch = zone->managed_pages / 1024;
4592         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4593                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4594         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4595         if (batch < 1)
4596                 batch = 1;
4597
4598         /*
4599          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4600          * of 2 value was found to be more likely to have
4601          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4602          *
4603          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4604          * batches of pages, one task can end up with a lot
4605          * of pages of one half of the possible page colors
4606          * and the other with pages of the other colors.
4607          */
4608         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4609
4610         return batch;
4611
4612 #else
4613         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4614          * conditions.
4615          *
4616          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4617          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4618          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4619          *
4620          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4621          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4622          * can be a significant delay between the individual batches being
4623          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4624          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4625          */
4626         return 0;
4627 #endif
4628 }
4629
4630 /*
4631  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4632  * ->batch must never be higher then ->high.
4633  * The following function updates them in a safe manner without read side
4634  * locking.
4635  *
4636  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4637  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4638  *
4639  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4640  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4641  * exist).
4642  */
4643 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4644                 unsigned long batch)
4645 {
4646        /* start with a fail safe value for batch */
4647         pcp->batch = 1;
4648         smp_wmb();
4649
4650        /* Update high, then batch, in order */
4651         pcp->high = high;
4652         smp_wmb();
4653
4654         pcp->batch = batch;
4655 }
4656
4657 /* a companion to pageset_set_high() */
4658 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4659 {
4660         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4661 }
4662
4663 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4664 {
4665         struct per_cpu_pages *pcp;
4666         int migratetype;
4667
4668         memset(p, 0, sizeof(*p));
4669
4670         pcp = &p->pcp;
4671         pcp->count = 0;
4672         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4673                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4674 }
4675
4676 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4677 {
4678         pageset_init(p);
4679         pageset_set_batch(p, batch);
4680 }
4681
4682 /*
4683  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4684  * to the value high for the pageset p.
4685  */
4686 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4687                                 unsigned long high)
4688 {
4689         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4690         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4691                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4692
4693         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4694 }
4695
4696 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4697                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4698 {
4699         if (percpu_pagelist_fraction)
4700                 pageset_set_high(pcp,
4701                         (zone->managed_pages /
4702                                 percpu_pagelist_fraction));
4703         else
4704                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4705 }
4706
4707 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4708 {
4709         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4710
4711         pageset_init(pcp);
4712         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4713 }
4714
4715 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4716 {
4717         int cpu;
4718         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4719         for_each_possible_cpu(cpu)
4720                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4721 }
4722
4723 /*
4724  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4725  * Before this call only boot pagesets were available.
4726  */
4727 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4728 {
4729         struct zone *zone;
4730
4731         for_each_populated_zone(zone)
4732                 setup_zone_pageset(zone);
4733 }
4734
4735 static noinline __init_refok
4736 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4737 {
4738         int i;
4739         size_t alloc_size;
4740
4741         /*
4742          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4743          * per zone.
4744          */
4745         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4746                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4747         zone->wait_table_bits =
4748                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4749         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4750                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4751
4752         if (!slab_is_available()) {
4753                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4754                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4755                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4756         } else {
4757                 /*
4758                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4759                  * via memory hot-add.
4760                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4761                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4762                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4763                  * node itself as well.
4764                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4765                  * necessary.
4766                  */
4767                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4768         }
4769         if (!zone->wait_table)
4770                 return -ENOMEM;
4771
4772         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4773                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4774
4775         return 0;
4776 }
4777
4778 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4779 {
4780         /*
4781          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4782          * relies on the ability of the linker to provide the
4783          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4784          */
4785         zone->pageset = &boot_pageset;
4786
4787         if (populated_zone(zone))
4788                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4789                         zone->name, zone->present_pages,
4790                                          zone_batchsize(zone));
4791 }
4792
4793 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4794                                         unsigned long zone_start_pfn,
4795                                         unsigned long size)
4796 {
4797         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4798         int ret;
4799         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4800         if (ret)
4801                 return ret;
4802         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4803
4804         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4805
4806         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4807                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4808                         pgdat->node_id,
4809                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4810                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4811
4812         zone_init_free_lists(zone);
4813
4814         return 0;
4815 }
4816
4817 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4818 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4819
4820 /*
4821  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4822  */
4823 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4824                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4825 {
4826         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4827         int nid;
4828
4829         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4830                 return state->last_nid;
4831
4832         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4833         if (nid != -1) {
4834                 state->last_start = start_pfn;
4835                 state->last_end = end_pfn;
4836                 state->last_nid = nid;
4837         }
4838
4839         return nid;
4840 }
4841 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4842
4843 /**
4844  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4845  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4846  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4847  *
4848  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4849  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4850  * memblock_free_early_nid() manually.
4851  */
4852 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4853 {
4854         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4855         int i, this_nid;
4856
4857         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4858                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4859                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4860
4861                 if (start_pfn < end_pfn)
4862                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4863                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4864                                         this_nid);
4865         }
4866 }
4867
4868 /**
4869  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4870  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4871  *
4872  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4873  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4874  */
4875 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4876 {
4877         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4878         int i, this_nid;
4879
4880         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4881                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4882 }
4883
4884 /**
4885  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4886  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4887  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4888  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4889  *
4890  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4891  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4892  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4893  * PFNs will be 0.
4894  */
4895 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4896                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4897 {
4898         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4899         int i;
4900
4901         *start_pfn = -1UL;
4902         *end_pfn = 0;
4903
4904         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4905                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4906                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4907         }
4908
4909         if (*start_pfn == -1UL)
4910                 *start_pfn = 0;
4911 }
4912
4913 /*
4914  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4915  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4916  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4917  */
4918 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4919 {
4920         int zone_index;
4921         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4922                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4923                         continue;
4924
4925                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4926                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4927                         break;
4928         }
4929
4930         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4931         movable_zone = zone_index;
4932 }
4933
4934 /*
4935  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4936  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4937  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4938  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4939  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4940  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4941  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4942  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4943  */
4944 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4945                                         unsigned long zone_type,
4946                                         unsigned long node_start_pfn,
4947                                         unsigned long node_end_pfn,
4948                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4949                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4950 {
4951         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4952         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4953                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4954                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4955                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4956                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4957                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4958
4959                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4960                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4961                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4962                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4963
4964                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4965                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4966                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4967         }
4968 }
4969
4970 /*
4971  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4972  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4973  */
4974 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4975                                         unsigned long zone_type,
4976                                         unsigned long node_start_pfn,
4977                                         unsigned long node_end_pfn,
4978                                         unsigned long *ignored)
4979 {
4980         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4981
4982         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
4983         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
4984                 return 0;
4985
4986         /* Get the start and end of the zone */
4987         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4988         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4989         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4990                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4991                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4992
4993         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4994         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4995                 return 0;
4996
4997         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4998         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4999         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5000
5001         /* Return the spanned pages */
5002         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5003 }
5004
5005 /*
5006  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5007  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5008  */
5009 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5010                                 unsigned long range_start_pfn,
5011                                 unsigned long range_end_pfn)
5012 {
5013         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5014         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5015         int i;
5016
5017         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5018                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5019                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5020                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5021         }
5022         return nr_absent;
5023 }
5024
5025 /**
5026  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5027  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5028  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5029  *
5030  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5031  */
5032 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5033                                                         unsigned long end_pfn)
5034 {
5035         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5036 }
5037
5038 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5039 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5040                                         unsigned long zone_type,
5041                                         unsigned long node_start_pfn,
5042                                         unsigned long node_end_pfn,
5043                                         unsigned long *ignored)
5044 {
5045         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5046         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5047         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5048
5049         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5050         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5051                 return 0;
5052
5053         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5054         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5055
5056         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5057                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5058                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5059         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5060 }
5061
5062 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5063 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5064                                         unsigned long zone_type,
5065                                         unsigned long node_start_pfn,
5066                                         unsigned long node_end_pfn,
5067                                         unsigned long *zones_size)
5068 {
5069         return zones_size[zone_type];
5070 }
5071
5072 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5073                                                 unsigned long zone_type,
5074                                                 unsigned long node_start_pfn,
5075                                                 unsigned long node_end_pfn,
5076                                                 unsigned long *zholes_size)
5077 {
5078         if (!zholes_size)
5079                 return 0;
5080
5081         return zholes_size[zone_type];
5082 }
5083
5084 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5085
5086 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5087                                                 unsigned long node_start_pfn,
5088                                                 unsigned long node_end_pfn,
5089                                                 unsigned long *zones_size,
5090                                                 unsigned long *zholes_size)
5091 {
5092         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5093         enum zone_type i;
5094
5095         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5096                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5097                 unsigned long size, real_size;
5098
5099                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5100                                                   node_start_pfn,
5101                                                   node_end_pfn,
5102                                                   zones_size);
5103                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5104                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5105                                                   zholes_size);
5106                 zone->spanned_pages = size;
5107                 zone->present_pages = real_size;
5108
5109                 totalpages += size;
5110                 realtotalpages += real_size;
5111         }
5112
5113         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5114         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5115         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5116                                                         realtotalpages);
5117 }
5118
5119 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5120 /*
5121  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5122  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5123  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5124  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5125  * bytes.
5126  */
5127 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5128 {
5129         unsigned long usemapsize;
5130
5131         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5132         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5133         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5134         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5135         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5136
5137         return usemapsize / 8;
5138 }
5139
5140 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5141                                 struct zone *zone,
5142                                 unsigned long zone_start_pfn,
5143                                 unsigned long zonesize)
5144 {
5145         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5146         zone->pageblock_flags = NULL;
5147         if (usemapsize)
5148                 zone->pageblock_flags =
5149                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5150                                                          pgdat->node_id);
5151 }
5152 #else
5153 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5154                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5155 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5156
5157 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5158
5159 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5160 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5161 {
5162         unsigned int order;
5163
5164         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5165         if (pageblock_order)
5166                 return;
5167
5168         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5169                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5170         else
5171                 order = MAX_ORDER - 1;
5172
5173         /*
5174          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5175          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5176          * powerpc.
5177          */
5178         pageblock_order = order;
5179 }
5180 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5181
5182 /*
5183  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5184  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5185  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5186  * the kernel config
5187  */
5188 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5189 {
5190 }
5191
5192 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5193
5194 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5195                                                    unsigned long present_pages)
5196 {
5197         unsigned long pages = spanned_pages;
5198
5199         /*
5200          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5201          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5202          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5203          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5204          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5205          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5206          */
5207         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5208             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5209                 pages = present_pages;
5210
5211         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5212 }
5213
5214 /*
5215  * Set up the zone data structures:
5216  *   - mark all pages reserved
5217  *   - mark all memory queues empty
5218  *   - clear the memory bitmaps
5219  *
5220  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5221  */
5222 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5223 {
5224         enum zone_type j;
5225         int nid = pgdat->node_id;
5226         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5227         int ret;
5228
5229         pgdat_resize_init(pgdat);
5230 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5231         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5232         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5233         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5234 #endif
5235         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5236         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5237         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5238
5239         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5240                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5241                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5242
5243                 size = zone->spanned_pages;
5244                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5245
5246                 /*
5247                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5248                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5249                  * and per-cpu initialisations
5250                  */
5251                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5252                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5253                         if (freesize >= memmap_pages) {
5254                                 freesize -= memmap_pages;
5255                                 if (memmap_pages)
5256                                         printk(KERN_DEBUG
5257                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5258                                                zone_names[j], memmap_pages);
5259                         } else
5260                                 printk(KERN_WARNING
5261                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5262                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5263                 }
5264
5265                 /* Account for reserved pages */
5266                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5267                         freesize -= dma_reserve;
5268                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5269                                         zone_names[0], dma_reserve);
5270                 }
5271
5272                 if (!is_highmem_idx(j))
5273                         nr_kernel_pages += freesize;
5274                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5275                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5276                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5277                 nr_all_pages += freesize;
5278
5279                 /*
5280                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5281                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5282                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5283                  */
5284                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5285 #ifdef CONFIG_NUMA
5286                 zone->node = nid;
5287                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5288                                                 / 100;
5289                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5290 #endif
5291                 zone->name = zone_names[j];
5292                 spin_lock_init(&zone->lock);
5293                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5294                 zone_seqlock_init(zone);
5295                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5296                 zone_pcp_init(zone);
5297
5298                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5299                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5300
5301                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5302                 if (!size)
5303                         continue;
5304
5305                 set_pageblock_order();
5306                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5307                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5308                 BUG_ON(ret);
5309                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5310                 zone_start_pfn += size;
5311         }
5312 }
5313
5314 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5315 {
5316         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5317         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5318
5319         /* Skip empty nodes */
5320         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5321                 return;
5322
5323 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5324         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5325         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5326         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5327         if (!pgdat->node_mem_map) {
5328                 unsigned long size, end;
5329                 struct page *map;
5330
5331                 /*
5332                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5333                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5334                  * for the buddy allocator to function correctly.
5335                  */
5336                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5337                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5338                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5339                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5340                 if (!map)
5341                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5342                                                                pgdat->node_id);
5343                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5344         }
5345 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5346         /*
5347          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5348          */
5349         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5350                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5351 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5352                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5353                         mem_map -= offset;
5354 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5355         }
5356 #endif
5357 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5358 }
5359
5360 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5361                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5362 {
5363         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5364         unsigned long start_pfn = 0;
5365         unsigned long end_pfn = 0;
5366
5367         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5368         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5369
5370         pgdat->node_id = nid;
5371         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5372 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5373         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5374         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5375                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5376                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5377 #endif
5378         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5379                                   zones_size, zholes_size);
5380
5381         alloc_node_mem_map(pgdat);
5382 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5383         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5384                 nid, (unsigned long)pgdat,
5385                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5386 #endif
5387
5388         reset_deferred_meminit(pgdat);
5389         free_area_init_core(pgdat);
5390 }
5391
5392 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5393
5394 #if MAX_NUMNODES > 1
5395 /*
5396  * Figure out the number of possible node ids.
5397  */
5398 void __init setup_nr_node_ids(void)
5399 {
5400         unsigned int highest;
5401
5402         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5403         nr_node_ids = highest + 1;
5404 }
5405 #endif
5406
5407 /**
5408  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5409  *
5410  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5411  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5412  * all the nodes.
5413  *
5414  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5415  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5416  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5417  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5418  *
5419  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5420  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5421  * populated node map.
5422  *
5423  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5424  * requirement (single node).
5425  */
5426 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5427 {
5428         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5429         unsigned long start, end, mask;
5430         int last_nid = -1;
5431         int i, nid;
5432
5433         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5434                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5435                         last_nid = nid;
5436                         last_end = end;
5437                         continue;
5438                 }
5439
5440                 /*
5441                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5442                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5443                  * too coarse to separate the current node from the last.
5444                  */
5445                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5446                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5447                         mask <<= 1;
5448
5449                 /* accumulate all internode masks */
5450                 accl_mask |= mask;
5451         }
5452
5453         /* convert mask to number of pages */
5454         return ~accl_mask + 1;
5455 }
5456
5457 /* Find the lowest pfn for a node */
5458 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5459 {
5460         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5461         unsigned long start_pfn;
5462         int i;
5463
5464         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5465                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5466
5467         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5468                 printk(KERN_WARNING
5469                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5470                 return 0;
5471         }
5472
5473         return min_pfn;
5474 }
5475
5476 /**
5477  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5478  *
5479  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5480  * memblock_set_node().
5481  */
5482 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5483 {
5484         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5485 }
5486
5487 /*
5488  * early_calculate_totalpages()
5489  * Sum pages in active regions for movable zone.
5490  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5491  */
5492 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5493 {
5494         unsigned long totalpages = 0;
5495         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5496         int i, nid;
5497
5498         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5499                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5500
5501                 totalpages += pages;
5502                 if (pages)
5503                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5504         }
5505         return totalpages;
5506 }
5507
5508 /*
5509  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5510  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5511  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5512  * others
5513  */
5514 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5515 {
5516         int i, nid;
5517         unsigned long usable_startpfn;
5518         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5519         /* save the state before borrow the nodemask */
5520         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5521         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5522         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5523         struct memblock_region *r;
5524
5525         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5526         find_usable_zone_for_movable();
5527
5528         /*
5529          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5530          * options.
5531          */
5532         if (movable_node_is_enabled()) {
5533                 for_each_memblock(memory, r) {
5534                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5535                                 continue;
5536
5537                         nid = r->nid;
5538
5539                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5540                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5541                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5542                                 usable_startpfn;
5543                 }
5544
5545                 goto out2;
5546         }
5547
5548         /*
5549          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5550          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5551          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5552          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5553          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5554          * what movablecore would have allowed.
5555          */
5556         if (required_movablecore) {
5557                 unsigned long corepages;
5558
5559                 /*
5560                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5561                  * was requested by the user
5562                  */
5563                 required_movablecore =
5564                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5565                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5566                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5567
5568                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5569         }
5570
5571         /*
5572          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5573          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5574          */
5575         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5576                 goto out;
5577
5578         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5579         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5580
5581 restart:
5582         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5583         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5584         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5585                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5586
5587                 /*
5588                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5589                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5590                  * amount of memory for the kernel
5591                  */
5592                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5593                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5594
5595                 /*
5596                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5597                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5598                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5599                  */
5600                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5601
5602                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5603                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5604                         unsigned long size_pages;
5605
5606                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5607                         if (start_pfn >= end_pfn)
5608                                 continue;
5609
5610                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5611                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5612                                 unsigned long kernel_pages;
5613                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5614                                                                 - start_pfn;
5615
5616                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5617                                                         kernelcore_remaining);
5618                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5619                                                         required_kernelcore);
5620
5621                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5622                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5623
5624                                         /*
5625                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5626                                          * that if we have to rebalance
5627                                          * kernelcore across nodes, we will
5628                                          * not double account here
5629                                          */
5630                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5631                                         continue;
5632                                 }
5633                                 start_pfn = usable_startpfn;
5634                         }
5635
5636                         /*
5637                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5638                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5639                          * number of pages used as kernelcore
5640                          */
5641                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5642                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5643                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5644                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5645
5646                         /*
5647                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5648                          * break if the kernelcore for this node has been
5649                          * satisfied
5650                          */
5651                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5652                                                                 size_pages);
5653                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5654                         if (!kernelcore_remaining)
5655                                 break;
5656                 }
5657         }
5658
5659         /*
5660          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5661          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5662          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5663          * satisfied
5664          */
5665         usable_nodes--;
5666         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5667                 goto restart;
5668
5669 out2:
5670         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5671         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5672                 zone_movable_pfn[nid] =
5673                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5674
5675 out:
5676         /* restore the node_state */
5677         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5678 }
5679
5680 /* Any regular or high memory on that node ? */
5681 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5682 {
5683         enum zone_type zone_type;
5684
5685         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5686                 return;
5687
5688         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5689                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5690                 if (populated_zone(zone)) {
5691                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5692                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5693                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5694                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5695                         break;
5696                 }
5697         }
5698 }
5699
5700 /**
5701  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5702  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5703  *
5704  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5705  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5706  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5707  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5708  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5709  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5710  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5711  * at arch_max_dma_pfn.
5712  */
5713 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5714 {
5715         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5716         int i, nid;
5717
5718         /* Record where the zone boundaries are */
5719         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5720                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5721         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5722                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5723
5724         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
5725
5726         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5727                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5728                         continue;
5729
5730                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
5731                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
5732                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
5733
5734                 start_pfn = end_pfn;
5735         }
5736         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5737         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5738
5739         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5740         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5741         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5742
5743         /* Print out the zone ranges */
5744         pr_info("Zone ranges:\n");
5745         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5746                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5747                         continue;
5748                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5749                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5750                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5751                         pr_cont("empty\n");
5752                 else
5753                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5754                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5755                                         << PAGE_SHIFT,
5756                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5757                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5758         }
5759
5760         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5761         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5762         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5763                 if (zone_movable_pfn[i])
5764                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5765                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5766         }
5767
5768         /* Print out the early node map */
5769         pr_info("Early memory node ranges\n");
5770         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5771                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5772                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5773                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5774
5775         /* Initialise every node */
5776         mminit_verify_pageflags_layout();
5777         setup_nr_node_ids();
5778         for_each_online_node(nid) {
5779                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5780                 free_area_init_node(nid, NULL,
5781                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5782
5783                 /* Any memory on that node */
5784                 if (pgdat->node_present_pages)
5785                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5786                 check_for_memory(pgdat, nid);
5787         }
5788 }
5789
5790 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5791 {
5792         unsigned long long coremem;
5793         if (!p)
5794                 return -EINVAL;
5795
5796         coremem = memparse(p, &p);
5797         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5798
5799         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5800         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5801
5802         return 0;
5803 }
5804
5805 /*
5806  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5807  * cannot be reclaimed or migrated.
5808  */
5809 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5810 {
5811         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5812 }
5813
5814 /*
5815  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5816  * can be reclaimed or migrated.
5817  */
5818 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5819 {
5820         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5821 }
5822
5823 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5824 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5825
5826 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5827
5828 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5829 {
5830         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5831         page_zone(page)->managed_pages += count;
5832         totalram_pages += count;
5833 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5834         if (PageHighMem(page))
5835                 totalhigh_pages += count;
5836 #endif
5837         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5838 }
5839 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5840
5841 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5842 {
5843         void *pos;
5844         unsigned long pages = 0;
5845
5846         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5847         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5848         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5849                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5850                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5851                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5852         }
5853
5854         if (pages && s)
5855                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5856                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5857
5858         return pages;
5859 }
5860 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5861
5862 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5863 void free_highmem_page(struct page *page)
5864 {
5865         __free_reserved_page(page);
5866         totalram_pages++;
5867         page_zone(page)->managed_pages++;
5868         totalhigh_pages++;
5869 }
5870 #endif
5871
5872
5873 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5874 {
5875         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5876         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5877
5878         physpages = get_num_physpages();
5879         codesize = _etext - _stext;
5880         datasize = _edata - _sdata;
5881         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5882         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5883         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5884         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5885
5886         /*
5887          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5888          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5889          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5890          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5891          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5892          */
5893 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5894         do { \
5895                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5896                         size -= adj; \
5897         } while (0)
5898
5899         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5900                      _sinittext, init_code_size);
5901         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5902         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5903         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5904         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5905
5906 #undef  adj_init_size
5907
5908         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5909                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5910                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5911 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5912                ", %luK highmem"
5913 #endif
5914                "%s%s)\n",
5915                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5916                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5917                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5918                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5919                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5920 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5921                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5922 #endif
5923                str ? ", " : "", str ? str : "");
5924 }
5925
5926 /**
5927  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5928  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5929  *
5930  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
5931  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5932  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5933  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5934  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5935  * smaller per-cpu batchsize.
5936  */
5937 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5938 {
5939         dma_reserve = new_dma_reserve;
5940 }
5941
5942 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5943 {
5944         free_area_init_node(0, zones_size,
5945                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5946 }
5947
5948 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5949                                  unsigned long action, void *hcpu)
5950 {
5951         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5952
5953         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5954                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5955                 drain_pages(cpu);
5956
5957                 /*
5958                  * Spill the event counters of the dead processor
5959                  * into the current processors event counters.
5960                  * This artificially elevates the count of the current
5961                  * processor.
5962                  */
5963                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5964
5965                 /*
5966                  * Zero the differential counters of the dead processor
5967                  * so that the vm statistics are consistent.
5968                  *
5969                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5970                  * race with what we are doing.
5971                  */
5972                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5973         }
5974         return NOTIFY_OK;
5975 }
5976
5977 void __init page_alloc_init(void)
5978 {
5979         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5980 }
5981
5982 /*
5983  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5984  *      or min_free_kbytes changes.
5985  */
5986 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5987 {
5988         struct pglist_data *pgdat;
5989         unsigned long reserve_pages = 0;
5990         enum zone_type i, j;
5991
5992         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5993                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5994                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5995                         long max = 0;
5996
5997                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5998                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5999                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6000                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6001                         }
6002
6003                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6004                         max += high_wmark_pages(zone);
6005
6006                         if (max > zone->managed_pages)
6007                                 max = zone->managed_pages;
6008
6009                         zone->totalreserve_pages = max;
6010
6011                         reserve_pages += max;
6012                 }
6013         }
6014         totalreserve_pages = reserve_pages;
6015 }
6016
6017 /*
6018  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6019  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6020  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6021  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6022  */
6023 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6024 {
6025         struct pglist_data *pgdat;
6026         enum zone_type j, idx;
6027
6028         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6029                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6030                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6031                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6032
6033                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6034
6035                         idx = j;
6036                         while (idx) {
6037                                 struct zone *lower_zone;
6038
6039                                 idx--;
6040
6041                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6042                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6043
6044                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6045                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6046                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6047                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6048                         }
6049                 }
6050         }
6051
6052         /* update totalreserve_pages */
6053         calculate_totalreserve_pages();
6054 }
6055
6056 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6057 {
6058         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6059         unsigned long pages_low = extra_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6060         unsigned long lowmem_pages = 0;
6061         struct zone *zone;
6062         unsigned long flags;
6063
6064         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6065         for_each_zone(zone) {
6066                 if (!is_highmem(zone))
6067                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6068         }
6069
6070         for_each_zone(zone) {
6071                 u64 min, low;
6072
6073                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6074                 min = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6075                 do_div(min, lowmem_pages);
6076                 low = (u64)pages_low * zone->managed_pages;
6077                 do_div(low, vm_total_pages);
6078
6079                 if (is_highmem(zone)) {
6080                         /*
6081                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6082                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6083                          * value here.
6084                          *
6085                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6086                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6087                          * not be capped for highmem.
6088                          */
6089                         unsigned long min_pages;
6090
6091                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6092                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6093                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6094                 } else {
6095                         /*
6096                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6097                          * proportionate to the zone's size.
6098                          */
6099                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min;
6100                 }
6101
6102                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) +
6103                                         low + (min >> 2);
6104                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) +
6105                                         low + (min >> 1);
6106
6107                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6108                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6109                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6110
6111                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6112         }
6113
6114         /* update totalreserve_pages */
6115         calculate_totalreserve_pages();
6116 }
6117
6118 /**
6119  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6120  * or when memory is hot-{added|removed}
6121  *
6122  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6123  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6124  */
6125 void setup_per_zone_wmarks(void)
6126 {
6127         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6128         __setup_per_zone_wmarks();
6129         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6130 }
6131
6132 /*
6133  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6134  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6135  * to be referenced again before it is swapped out.
6136  *
6137  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6138  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6139  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6140  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6141  *
6142  * total     target    max
6143  * memory    ratio     inactive anon
6144  * -------------------------------------
6145  *   10MB       1         5MB
6146  *  100MB       1        50MB
6147  *    1GB       3       250MB
6148  *   10GB      10       0.9GB
6149  *  100GB      31         3GB
6150  *    1TB     101        10GB
6151  *   10TB     320        32GB
6152  */
6153 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6154 {
6155         unsigned int gb, ratio;
6156
6157         /* Zone size in gigabytes */
6158         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6159         if (gb)
6160                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6161         else
6162                 ratio = 1;
6163
6164         zone->inactive_ratio = ratio;
6165 }
6166
6167 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6168 {
6169         struct zone *zone;
6170
6171         for_each_zone(zone)
6172                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6173 }
6174
6175 /*
6176  * Initialise min_free_kbytes.
6177  *
6178  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6179  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6180  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6181  *
6182  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6183  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6184  *
6185  * which yields
6186  *
6187  * 16MB:        512k
6188  * 32MB:        724k
6189  * 64MB:        1024k
6190  * 128MB:       1448k
6191  * 256MB:       2048k
6192  * 512MB:       2896k
6193  * 1024MB:      4096k
6194  * 2048MB:      5792k
6195  * 4096MB:      8192k
6196  * 8192MB:      11584k
6197  * 16384MB:     16384k
6198  */
6199 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6200 {
6201         unsigned long lowmem_kbytes;
6202         int new_min_free_kbytes;
6203
6204         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6205         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6206
6207         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6208                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6209                 if (min_free_kbytes < 128)
6210                         min_free_kbytes = 128;
6211                 if (min_free_kbytes > 65536)
6212                         min_free_kbytes = 65536;
6213         } else {
6214                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6215                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6216         }
6217         setup_per_zone_wmarks();
6218         refresh_zone_stat_thresholds();
6219         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6220         setup_per_zone_inactive_ratio();
6221         return 0;
6222 }
6223 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6224
6225 /*
6226  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6227  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6228  *      or extra_free_kbytes changes.
6229  */
6230 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6231         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6232 {
6233         int rc;
6234
6235         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6236         if (rc)
6237                 return rc;
6238
6239         if (write) {
6240                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6241                 setup_per_zone_wmarks();
6242         }
6243         return 0;
6244 }
6245
6246 #ifdef CONFIG_NUMA
6247 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6248         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6249 {
6250         struct zone *zone;
6251         int rc;
6252
6253         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6254         if (rc)
6255                 return rc;
6256
6257         for_each_zone(zone)
6258                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6259                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6260         return 0;
6261 }
6262
6263 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6264         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6265 {
6266         struct zone *zone;
6267         int rc;
6268
6269         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6270         if (rc)
6271                 return rc;
6272
6273         for_each_zone(zone)
6274                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6275                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6276         return 0;
6277 }
6278 #endif
6279
6280 /*
6281  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6282  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6283  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6284  *
6285  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6286  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6287  * if in function of the boot time zone sizes.
6288  */
6289 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6290         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6291 {
6292         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6293         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6294         return 0;
6295 }
6296
6297 /*
6298  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6299  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6300  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6301  */
6302 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6303         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6304 {
6305         struct zone *zone;
6306         int old_percpu_pagelist_fraction;
6307         int ret;
6308
6309         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6310         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6311
6312         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6313         if (!write || ret < 0)
6314                 goto out;
6315
6316         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6317         if (percpu_pagelist_fraction &&
6318             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6319                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6320                 ret = -EINVAL;
6321                 goto out;
6322         }
6323
6324         /* No change? */
6325         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6326                 goto out;
6327
6328         for_each_populated_zone(zone) {
6329                 unsigned int cpu;
6330
6331                 for_each_possible_cpu(cpu)
6332                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6333                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6334         }
6335 out:
6336         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6337         return ret;
6338 }
6339
6340 #ifdef CONFIG_NUMA
6341 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6342
6343 static int __init set_hashdist(char *str)
6344 {
6345         if (!str)
6346                 return 0;
6347         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6348         return 1;
6349 }
6350 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6351 #endif
6352
6353 /*
6354  * allocate a large system hash table from bootmem
6355  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6356  *   quantity of entries
6357  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6358  */
6359 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6360                                      unsigned long bucketsize,
6361                                      unsigned long numentries,
6362                                      int scale,
6363                                      int flags,
6364                                      unsigned int *_hash_shift,
6365                                      unsigned int *_hash_mask,
6366                                      unsigned long low_limit,
6367                                      unsigned long high_limit)
6368 {
6369         unsigned long long max = high_limit;
6370         unsigned long log2qty, size;
6371         void *table = NULL;
6372
6373         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6374         if (!numentries) {
6375                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6376                 numentries = nr_kernel_pages;
6377
6378                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6379                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6380                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6381
6382                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6383                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6384                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6385                 else
6386                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6387
6388                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6389                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6390                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6391                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6392                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6393                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6394                                 BUG_ON(!numentries);
6395                         }
6396                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6397                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6398         }
6399         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6400
6401         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6402         if (max == 0) {
6403                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6404                 do_div(max, bucketsize);
6405         }
6406         max = min(max, 0x80000000ULL);
6407
6408         if (numentries < low_limit)
6409                 numentries = low_limit;
6410         if (numentries > max)
6411                 numentries = max;
6412
6413         log2qty = ilog2(numentries);
6414
6415         do {
6416                 size = bucketsize << log2qty;
6417                 if (flags & HASH_EARLY)
6418                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6419                 else if (hashdist)
6420                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6421                 else {
6422                         /*
6423                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6424                          * some pages at the end of hash table which
6425                          * alloc_pages_exact() automatically does
6426                          */
6427                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6428                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6429                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6430                         }
6431                 }
6432         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6433
6434         if (!table)
6435                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6436
6437         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6438                tablename,
6439                (1UL << log2qty),
6440                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6441                size);
6442
6443         if (_hash_shift)
6444                 *_hash_shift = log2qty;
6445         if (_hash_mask)
6446                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6447
6448         return table;
6449 }
6450
6451 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6452 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6453                                                         unsigned long pfn)
6454 {
6455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6456         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6457 #else
6458         return zone->pageblock_flags;
6459 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6460 }
6461
6462 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6463 {
6464 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6465         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6467 #else
6468         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6469         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6470 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6471 }
6472
6473 /**
6474  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6475  * @page: The page within the block of interest
6476  * @pfn: The target page frame number
6477  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6478  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6479  *
6480  * Return: pageblock_bits flags
6481  */
6482 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6483                                         unsigned long end_bitidx,
6484                                         unsigned long mask)
6485 {
6486         struct zone *zone;
6487         unsigned long *bitmap;
6488         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6489         unsigned long word;
6490
6491         zone = page_zone(page);
6492         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6493         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6494         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6495         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6496
6497         word = bitmap[word_bitidx];
6498         bitidx += end_bitidx;
6499         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6500 }
6501
6502 /**
6503  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6504  * @page: The page within the block of interest
6505  * @flags: The flags to set
6506  * @pfn: The target page frame number
6507  * @end_bitidx: The last bit of interest
6508  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6509  */
6510 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6511                                         unsigned long pfn,
6512                                         unsigned long end_bitidx,
6513                                         unsigned long mask)
6514 {
6515         struct zone *zone;
6516         unsigned long *bitmap;
6517         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6518         unsigned long old_word, word;
6519
6520         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6521
6522         zone = page_zone(page);
6523         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6524         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6525         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6526         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6527
6528         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6529
6530         bitidx += end_bitidx;
6531         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6532         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6533
6534         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6535         for (;;) {
6536                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6537                 if (word == old_word)
6538                         break;
6539                 word = old_word;
6540         }
6541 }
6542
6543 /*
6544  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6545  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6546  *
6547  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6548  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6549  * expect this function should be exact.
6550  */
6551 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6552                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6553 {
6554         unsigned long pfn, iter, found;
6555         int mt;
6556
6557         /*
6558          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6559          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6560          */
6561         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6562                 return false;
6563         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6564         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6565                 return false;
6566
6567         pfn = page_to_pfn(page);
6568         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6569                 unsigned long check = pfn + iter;
6570
6571                 if (!pfn_valid_within(check))
6572                         continue;
6573
6574                 page = pfn_to_page(check);
6575
6576                 /*
6577                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6578                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6579                  * handle each tail page individually in migration.
6580                  */
6581                 if (PageHuge(page)) {
6582                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6583                         continue;
6584                 }
6585
6586                 /*
6587                  * We can't use page_count without pin a page
6588                  * because another CPU can free compound page.
6589                  * This check already skips compound tails of THP
6590                  * because their page->_count is zero at all time.
6591                  */
6592                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6593                         if (PageBuddy(page))
6594                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6595                         continue;
6596                 }
6597
6598                 /*
6599                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6600                  * page_count() is not 0.
6601                  */
6602                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6603                         continue;
6604
6605                 if (!PageLRU(page))
6606                         found++;
6607                 /*
6608                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6609                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6610                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6611                  */
6612                 /*
6613                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6614                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6615                  *
6616                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6617                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6618                  * page at boot.
6619                  */
6620                 if (found > count)
6621                         return true;
6622         }
6623         return false;
6624 }
6625
6626 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6627 {
6628         struct zone *zone;
6629         unsigned long pfn;
6630
6631         /*
6632          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6633          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6634          * the zone but still within the section.
6635          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6636          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6637          */
6638         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6639                 return false;
6640
6641         zone = page_zone(page);
6642         pfn = page_to_pfn(page);
6643         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6644                 return false;
6645
6646         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6647 }
6648
6649 #ifdef CONFIG_CMA
6650
6651 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6652 {
6653         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6654                              pageblock_nr_pages) - 1);
6655 }
6656
6657 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6658 {
6659         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6660                                 pageblock_nr_pages));
6661 }
6662
6663 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6664 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6665                                         unsigned long start, unsigned long end)
6666 {
6667         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6668         unsigned long nr_reclaimed;
6669         unsigned long pfn = start;
6670         unsigned int tries = 0;
6671         int ret = 0;
6672
6673         migrate_prep();
6674
6675         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6676                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6677                         ret = -EINTR;
6678                         break;
6679                 }
6680
6681                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6682                         cc->nr_migratepages = 0;
6683                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6684                         if (!pfn) {
6685                                 ret = -EINTR;
6686                                 break;
6687                         }
6688                         tries = 0;
6689                 } else if (++tries == 5) {
6690                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6691                         break;
6692                 }
6693
6694                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6695                                                         &cc->migratepages);
6696                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6697
6698                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6699                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6700         }
6701         if (ret < 0) {
6702                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6703                 return ret;
6704         }
6705         return 0;
6706 }
6707
6708 /**
6709  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6710  * @start:      start PFN to allocate
6711  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6712  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6713  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6714  *                      in range must have the same migratetype and it must
6715  *                      be either of the two.
6716  *
6717  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6718  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6719  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6720  * pages fall in.
6721  *
6722  * The PFN range must belong to a single zone.
6723  *
6724  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6725  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6726  * need to be freed with free_contig_range().
6727  */
6728 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6729                        unsigned migratetype)
6730 {
6731         unsigned long outer_start, outer_end;
6732         unsigned int order;
6733         int ret = 0;
6734
6735         struct compact_control cc = {
6736                 .nr_migratepages = 0,
6737                 .order = -1,
6738                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6739                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6740                 .ignore_skip_hint = true,
6741         };
6742         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6743
6744         /*
6745          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6746          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6747          * have different sizes, and due to the way page allocator
6748          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6749          * that page allocator won't try to merge buddies from
6750          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6751          * other migration type.
6752          *
6753          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6754          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6755          * we are interested in).  This will put all the pages in
6756          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6757          *
6758          * When this is done, we take the pages in range from page
6759          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6760          * page allocator will never consider using them.
6761          *
6762          * This lets us mark the pageblocks back as
6763          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6764          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6765          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6766          */
6767
6768         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6769                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6770                                        false);
6771         if (ret)
6772                 return ret;
6773
6774         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6775         if (ret)
6776                 goto done;
6777
6778         /*
6779          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6780          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6781          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6782          * What we are going to do is to allocate all pages from
6783          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6784          *
6785          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6786          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6787          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6788          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6789          * once this is done free the pages we are not interested in.
6790          *
6791          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6792          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6793          */
6794
6795         lru_add_drain_all();
6796         drain_all_pages(cc.zone);
6797
6798         order = 0;
6799         outer_start = start;
6800         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6801                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6802                         ret = -EBUSY;
6803                         goto done;
6804                 }
6805                 outer_start &= ~0UL << order;
6806         }
6807
6808         /* Make sure the range is really isolated. */
6809         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6810                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6811                         __func__, outer_start, end);
6812                 ret = -EBUSY;
6813                 goto done;
6814         }
6815
6816         /* Grab isolated pages from freelists. */
6817         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6818         if (!outer_end) {
6819                 ret = -EBUSY;
6820                 goto done;
6821         }
6822
6823         /* Free head and tail (if any) */
6824         if (start != outer_start)
6825                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6826         if (end != outer_end)
6827                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6828
6829 done:
6830         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6831                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6832         return ret;
6833 }
6834
6835 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6836 {
6837         unsigned int count = 0;
6838
6839         for (; nr_pages--; pfn++) {
6840                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6841
6842                 count += page_count(page) != 1;
6843                 __free_page(page);
6844         }
6845         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6846 }
6847 #endif
6848
6849 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6850 /*
6851  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6852  * page high values need to be recalulated.
6853  */
6854 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6855 {
6856         unsigned cpu;
6857         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6858         for_each_possible_cpu(cpu)
6859                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6860                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6861         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6862 }
6863 #endif
6864
6865 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6866 {
6867         unsigned long flags;
6868         int cpu;
6869         struct per_cpu_pageset *pset;
6870
6871         /* avoid races with drain_pages()  */
6872         local_irq_save(flags);
6873         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6874                 for_each_online_cpu(cpu) {
6875                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6876                         drain_zonestat(zone, pset);
6877                 }
6878                 free_percpu(zone->pageset);
6879                 zone->pageset = &boot_pageset;
6880         }
6881         local_irq_restore(flags);
6882 }
6883
6884 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6885 /*
6886  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6887  */
6888 void
6889 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6890 {
6891         struct page *page;
6892         struct zone *zone;
6893         unsigned int order, i;
6894         unsigned long pfn;
6895         unsigned long flags;
6896         /* find the first valid pfn */
6897         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6898                 if (pfn_valid(pfn))
6899                         break;
6900         if (pfn == end_pfn)
6901                 return;
6902         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6903         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6904         pfn = start_pfn;
6905         while (pfn < end_pfn) {
6906                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6907                         pfn++;
6908                         continue;
6909                 }
6910                 page = pfn_to_page(pfn);
6911                 /*
6912                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6913                  * page_count() is not 0.
6914                  */
6915                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6916                         pfn++;
6917                         SetPageReserved(page);
6918                         continue;
6919                 }
6920
6921                 BUG_ON(page_count(page));
6922                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6923                 order = page_order(page);
6924 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6925                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6926                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6927 #endif
6928                 list_del(&page->lru);
6929                 rmv_page_order(page);
6930                 zone->free_area[order].nr_free--;
6931                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6932                         SetPageReserved((page+i));
6933                 pfn += (1 << order);
6934         }
6935         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6936 }
6937 #endif
6938
6939 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6940 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6941 {
6942         struct zone *zone = page_zone(page);
6943         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6944         unsigned long flags;
6945         unsigned int order;
6946
6947         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6948         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6949                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6950
6951                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6952                         break;
6953         }
6954         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6955
6956         return order < MAX_ORDER;
6957 }
6958 #endif